为什么科学家不能准确预测天气?

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是的,我们知道,当您兼顾所有进入准确天气预报的变量时,很难保持阳光明媚的笑容。
乔治·道尔/盖蒂图像

尽管大多数科学家都因理解我们复杂的宇宙而受到尊敬(爱因斯坦实际上是英雄),但气象学家经常面临嘲笑。我们如何提前几年将一个人放在月球或预言行星对齐中,但仍然无法进行准确的天气预报?

首先,要在应得的信用额的地方给予信用:在过去的20年中,天气预报员大大改善了他们的比赛。他们今天提供的为期三天的预测要比他们20年前提供的为期一天的预测要好。他们还能够更好地提供对恶劣天气的高级警告,使交货时间增加一倍龙卷风警告并给人们额外的40分钟以逃脱闪光灯洪水

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如果没有现代气象学家,就不会那么准确数值预测,使用数学方程来预测天气。这种预测需要强大的计算机以及从陆地,海洋和空气收集的大量观察数据。单个气象站将永远无法收集这么多信息。取而代之的是,全球成千上万的电台链接并汇集了数据。其中一些站点 - 地面风仪(气象学家称之为动态计),雨水收集器和温度传感器 - 类似于业余气象观察者使用的雨水计和温度传感器。其他人则躺在海上,绑在浮标上。还有其他人乘坐商业客机或运输船旅行,随着乘客和货物从A点移动到B点。最后,天气卫星和气球提供了来自大气上部地区的信息。卫星从太空中的轨道拍摄地球的天气,而气球在特定位置监视上空数据。

总的来说,所有这些传感器和仪表每天都会产生超过100万与天气相关的观察结果。一台普通计算机 - 您在当地电子商店购买的那种 - 会扼杀所有这些数据。幸运的是,气象学家可以依靠超级计算机,疯狂的机器,每秒执行数百万计的计算。在美国,这些计算机位于位于马里兰州营地斯普林斯市的国家环境预测中心(NCEP),那里的天气观测流入超级计算机的大脑,该大脑使用复杂的数学模型来预测传入的方式如何预测数据,天气状况可能会随着时间而变化。计算机的输出构成了几乎所有预报在美国的广播和电视频道上播放的基础。

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部分多云,有混乱的机会

尽管我们尽了最大的努力来预测天气,但此类场景 - 在田纳西州纳什维尔市中心附近,2010年5月7日,坎伯兰·里夫(Cumberland Rive)在70多年来上升到了最高水平 - 仍然是我们未来的一部分。“width=
尽管我们尽了最大的努力来预测天气,但此类场景 - 在田纳西州纳什维尔市中心附近,2010年5月7日,坎伯兰·里夫(Cumberland Rive)在70多年来上升到了最高水平 - 仍然是我们未来的一部分。
杰夫·绅士/盖蒂图像

您可能会认为,国家环境预测中心的超级计算机永远不会犯错,但即使他们的能力也不符合巨大的挑战天气预测。那是因为他们必须考虑几种大规模现象,每种现象都由多个变量和因素约束。例如,他们必须考虑如何太阳会加热地球的表面,气压差异将如何形成风以及如何变化的相位(从冰到水或水到蒸气)如何影响能量流。他们甚至必须尝试计算行星在太空中旋转的影响,从而将地球表面移动到大气下。在这些复杂计算中,任何一个变量的小变化都会深刻影响未来的天气。

在1960年代,以爱德华·洛伦兹(Edward Lorenz)的名义提出了对这个问题的恰当描述。他称之为蝴蝶效应,指的是,蝴蝶在亚洲的翅膀如何拍打可以极大地改变纽约市的天气。今天,洛伦兹被称为混沌理论,一组描述高度复杂系统的科学原理,例如天气系统,其中初始条件的微小变化从根本上改变了最终结果。由于混乱,天气预报的准确预测是有限制的。洛伦兹将此限制设置为两周。

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现代气象学家使用最先进的技术和技术来驯服混乱,例如合奏预测,由几个预测组成,每个预测基于略有不同的起点。如果合奏中的每个预测看起来都一样,那么天气可能会“表现”。如果任何预测看起来根本不同,那么天气就更有可能“表现不佳”。

气象学家还依靠多普勒雷达来更有效地监测天气状况并改善预测。多普勒雷达需要发射器将无线电波散发到天空中。海浪打击了大气对象并反弹。远离发射器返回不同种类的波,而不是向发射器移动的云。雷达中的计算机将有关反射的无线电波的数据转换为图片,显示云覆盖率和降水带,以及风速和方向。

由于有了这项技术,气象学家现在可以比以往任何时候都更好地预测天气,尤其是当他们限制他们在未来的范围内时。例如,最多12小时的时间,气象学家提供了对一般条件和趋势的相当可靠的预测。不幸的是,由于混乱,他们将永远无法绝对确定地预测天气,这就是令人惊讶的暴风雨(龙卷风和暴雨,洪水雨水)继续毁灭社区的警告很少。因此,即使在预计会晴天和阳光明媚的日子里,也可能最好携带雨伞。

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  • 染料,李。“我们可以控制天气吗?也许。”ABC新闻。2005年8月3日(2010年6月29日)http://abcnews.go.com/technology/dyehard/story?id=1001079&page=1
  • 理查德·莫纳斯特基。“预测不是野餐。”科学美国人呈现天气:我们可以和不能做什么。2000年春季。
  • 罗森菲尔德,杰弗里。“咆哮的蝴蝶。”科学美国人呈现天气:我们可以和不能做什么。2000年春季。
  • 威廉姆斯,杰克。天气书。复古书籍,1997年。
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