“明天出門要帶傘嗎？”“跟朋友約打球，天氣給力不？”“十一出去玩帶什么衣服？”……日常生活中，天氣似乎是我們永遠繞不開的話題。

如果告訴你，預報天氣就像解一道數(shù)學題，你信嗎？

其實，天氣預報的發(fā)展經(jīng)歷了幾個階段：最初的天氣預報是一種玄學，人們純粹是靠生活經(jīng)驗來判斷；隨后傳統(tǒng)天氣圖誕生，天氣預報開始變?yōu)閼每茖W；后來隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值天氣預報誕生，預報準確率也得到大幅提升！

有人將數(shù)值天氣預報比作氣象事業(yè)的“芯片”，那么問題來了！

01什么是數(shù)值天氣預報？

簡單地說，數(shù)值天氣預報是一種用高性能計算機把未來天氣算出來的科學。因為大氣運動總是遵循一定的物理規(guī)律，人們將大氣運動變化規(guī)律編寫成一系列數(shù)學方程，再利用高性能計算機進行運算，得到未來天氣發(fā)展變化狀況。

圖為描述大氣運動規(guī)律的方程組。很多人表示看不懂，沒事，科學家懂就行。

我們可以拿生活中的場景，打個比喻：

第一種情況：小明身處一棟只有三層、只有一個樓梯的公寓，他住在三樓某個房間。要想“預報”小明是否要下樓出門了，我們可以安排在三層、二層樓梯口分別站一位觀察員，將他是否已出門、是否正在下樓的動態(tài)，隨時匯報。這樣，人們就能“預判”小明走出公寓的時間。這就類似我們用雷達等觀測設(shè)備，監(jiān)測短時臨近天氣活動的發(fā)生。

第二種情況：小明身處一棟五層、有兩個樓梯的公寓，他住在三樓某個房間。此時，在小明出門后，他可能會沿A樓梯上樓，也可能下樓，甚至也可能走B樓梯，情況變得發(fā)雜許多。當然，我們可以根據(jù)小明的過往出行規(guī)律來判斷，比如他每周六習慣走A樓梯出門，周日喜歡走B樓梯上天臺；他穿大衣時大多會出門，穿背心時只是在樓里溜達……根據(jù)一些“指標特征”，來“預判”小明的行動規(guī)律，這就類似我們過去對天氣的經(jīng)驗預報或結(jié)合客觀數(shù)據(jù)的主觀判斷。

第三種情況：小明身處一棟30層，八梯多戶的大型公寓里。此時，要想判斷他的行蹤，可以廣泛搜集他的海量信息，比如小明出門前有沒有接電話，有沒有用手機地圖查詢地點，穿著什么衣服，等等。根據(jù)有用的信息，我們建立一個數(shù)學公式，并通過計算機運算，算出他的動向。相關(guān)“有用的信息”，都是這個數(shù)學公式的變量。公式建立后，要通過多次驗算，若運算結(jié)果與真實情況吻合或接近，那我們就初步建立了一個“小明出行數(shù)值預報模式”。

02數(shù)值天氣預報是近些年才有的？

早在100多年前，科學界就提出了數(shù)值天氣預報的概念。但直到20世紀50年代，數(shù)值天氣預報試驗才得以成功；20世紀70年代，隨著超級計算機能力的增強，一些關(guān)鍵性問題解決后，數(shù)值天氣預報才真正實現(xiàn)了業(yè)務(wù)應用。

近幾十年，隨著衛(wèi)星、雷達、飛機、地面等綜合觀測系統(tǒng)的建立以及大氣科學理論的不斷完善，數(shù)值天氣預報準確率也得以大幅提高。

03數(shù)值預報誕生的意義為何那么大？

以前的預報主要依靠天氣圖，雖然也是建立在科學分析的基礎(chǔ)上，但很大程度依賴于預報員的主動判斷。數(shù)值天氣預報使得天氣預報從傳統(tǒng)的以統(tǒng)計和經(jīng)驗為主的天氣圖方法轉(zhuǎn)變成為客觀定量的科學，被稱為20世紀最偉大的科技發(fā)展之一。

目前，數(shù)值天氣預報是天氣預報業(yè)務(wù)的支柱，準確的天氣預報，離不開數(shù)值預報作為第一依據(jù)。

04有了數(shù)值預報，天氣預報會百分百準確嗎？

即便數(shù)值預報發(fā)展到一定高度，天氣預報也是一門預測科學，在看得見的未來幾乎不可能100%準確，預報總會出現(xiàn)誤差。

所以一方面，我們應當養(yǎng)成看滾動訂正預報的習慣，一方面應適當降低對天氣預報的預期值。客觀看待問題、解決問題，更利于天氣預報準確率的提升。

05數(shù)值天氣預報會取代預報員嗎？

答案是否定的！在現(xiàn)代天氣預報中，數(shù)值預報水平不斷提升，越來越重要。但是數(shù)值天氣預報并不能完全模擬極其復雜的大氣變化，做出來的預報必然會有偏差。

此時，預報員就需要依靠使用數(shù)值模式的經(jīng)驗，結(jié)合當?shù)靥鞖忸A報學經(jīng)驗才能做出更準確的預報。此外，預報員在工作中，還可能發(fā)現(xiàn)數(shù)值預報的缺陷，通過與數(shù)值預報模式研發(fā)人員的互動，協(xié)助攻克相關(guān)科學問題，不斷優(yōu)化數(shù)值模式。

06為何要發(fā)展自己的數(shù)值預報模式？

數(shù)值預報作為氣象業(yè)務(wù)的核心技術(shù)，是氣象事業(yè)發(fā)展的“芯片”。發(fā)展自己的數(shù)值預報模式，擺脫核心技術(shù)受制于人的困境，是一代又一代氣象人矢志不渝追求的目標。

我國數(shù)值天氣預報研究始于1954年，是國際上較早開展數(shù)值天氣預報的國家之一，但限于當時的條件，難以形成業(yè)務(wù)能力。20世紀80年代，我國正式成立數(shù)值天氣預報業(yè)務(wù)單位，經(jīng)過40年的發(fā)展，我們在克服了從基礎(chǔ)設(shè)備到模式發(fā)展到業(yè)務(wù)化的重重困難，再經(jīng)歷近年來的飛躍進步，我國終于有了自主可控的全國和全世界服務(wù)的數(shù)值天氣預報業(yè)務(wù)系統(tǒng)，形成了從“零”到“一”再到“卓越”的跨越。

07為何要重點發(fā)展“地球系統(tǒng)數(shù)值預報”？

除了大氣層之外，地球系統(tǒng)的組成部分，如海洋、海浪、海冰和陸地表面，都會對天氣的演變產(chǎn)生重大影響。因此，在數(shù)值天氣預報系統(tǒng)中對所有這些組成部分之間的相互作用進行精確的模擬，也可以改善天氣預報。發(fā)展地球系統(tǒng)數(shù)值預報，建立耦合資料同化系統(tǒng)提供初值，可以提高天氣氣候預報預測準確率。

為深入貫徹落實習近平總書記關(guān)于氣象工作的重要指示精神，對標“監(jiān)測精密、預報精準、服務(wù)精細”要求，中國氣象局地球系統(tǒng)數(shù)值預報中心的成立，目的就是充分發(fā)揮數(shù)值預報在天氣氣候預報預測、氣象災害監(jiān)測預警、地球系統(tǒng)科學研究、氣候變化模擬、重污染擴散模擬預測等工作中的技術(shù)支撐作用，加快搶占下一代數(shù)值預報模式研發(fā)的國際制高點，為全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家作出更大貢獻。