幾場秋雨下過，全國多地陸續(xù)進入了秋高氣爽的金秋時節(jié)，如今正是外出郊游、登高賞秋的絕佳時期。
秋季雖然氣候宜人，卻也暗藏變數(shù)，一場大風便可以讓氣溫“一秒入冬”。出行前，打開手機中的天氣預報軟件查看一下天氣，已經成為人們出行前的必備環(huán)節(jié)。只需輕輕滑動頁面，近至隨后幾個小時、遠至十余天后的天氣狀況，都盡在掌握。
在這些人們能看到的氣溫、降水量、風力等天氣數(shù)據(jù)背后，還有人們看不到的氣象“黑科技”。這些不斷發(fā)展的氣象科技手段，正在悄悄地改變著天氣預報。
各種觀測神器是看天的“眼睛”
要做天氣預報，首先要有觀測神器，如雷達、探空球、氣象衛(wèi)星、氣象站等，把觀測的數(shù)據(jù)放到數(shù)值預報體系中，就像解數(shù)學題一樣，經過復雜的計算，得出精確的答案，然后再進行發(fā)布。
觀測神器中最牛的當屬“風云”系列衛(wèi)星。1988年9月7日，風云一號A星成功發(fā)射，傳回首張衛(wèi)星云圖。如今，臺風、暴雨、強對流、大霧、沙塵……每一次災害性天氣過程，都逃不出風云氣象衛(wèi)星的“火眼金睛”。截至目前，我國已經成功發(fā)射了19顆風云系列氣象衛(wèi)星，目前有7顆在軌運行。
據(jù)悉，2035年前，我國將建成第三代風云氣象衛(wèi)星綜合觀測體系，實現(xiàn)星地—星間協(xié)同智慧觀測，全球觀測數(shù)據(jù)獲取和處理時效將達到1小時以內?！暗谌鷼庀笮l(wèi)星將實現(xiàn)精準預報，滿足全要素、精細化氣象觀測需求，在氣象預報、氣候預測、大氣化學、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測以及防災減災等應用領域起到主導作用?！敝袊教炜萍技瘓F八院風云三號衛(wèi)星總體主任設計師陳曉飛描繪的藍圖令人振奮。
2021年6月3日，風云四號B星成功發(fā)射。資料圖 趙沖 攝
收集數(shù)據(jù)是天氣預報的基礎
觀測的目的是收集各種數(shù)據(jù)，沒有數(shù)據(jù)，天氣預報就是無源之水。
國家氣象中心天氣預報技術研發(fā)室副主任曹勇告訴科技日報記者，所有對于未來天氣的預測都要從當下的天氣情況出發(fā)，準確收集當下的天氣數(shù)據(jù)是天氣預報工作的第一步。收集數(shù)據(jù)需要依賴各類氣象觀測設施，比如人們在公園、草坪等戶外場所經常能看到的百葉箱，就是最常見的地面氣象觀測設施之一——自動氣象站。要想天氣預報準確，氣象觀測設施就要布置得足夠密集。
曹勇告訴記者，僅北京便大約分布了500個自動氣象站，收集來自城市各個角落的風速、風向、空氣濕度等氣象信息。除了常見的自動氣象站，氣象觀測設施還有放飛的探空氣球、飛翔在我們頭頂上空的氣象衛(wèi)星以及部署在眾多城市的天氣雷達等。
有了原始的氣象觀測數(shù)據(jù)，如何利用這些數(shù)據(jù)得出預測結果，是天氣預報中的關鍵問題。
“很早以前，我們用的是外推法，就是根據(jù)氣象演變在短時間內具有一定連續(xù)性的原則，通過把當前的天氣趨勢外延一段時間，進而得出預報結果?！辈苡卤硎?，外推法的預報精準度往往較為有限，如今要實現(xiàn)更加精確的天氣預報就要依賴超級計算機和預報模型。
“原始的氣象數(shù)據(jù)就像是原材料，超級計算機和預報模型就像是‘榨汁機’。我們把原材料全都投入到‘榨汁機’中，經過大量的計算去偽存真、去粗存精。在經過精準推演后，我們就能得到一個相對精確的預報結果?！钡苡乱脖硎?，即使是超級計算機也存在一定的誤差，這時就需要發(fā)揮預報員的關鍵性作用。他們會依據(jù)長期以來積累的預報經驗對輸出結果進行調整，從而使天氣預報更加精準。 >>詳情
這是在珠峰地區(qū)海拔5800米左右位置架設的自動氣象站（4月29日攝）。新華社發(fā)
數(shù)值預報技術是氣象事業(yè)的“芯片”
天氣千變萬化，報得準是氣象預報預警的生命。盡管從科學角度來看，天氣預報做不到百分之百準確，卻可以不斷提高準確率。為此，首要的是織密氣象監(jiān)測網，通過氣象觀測臺站、雷達、風云氣象衛(wèi)星獲取海量的觀測數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)將提供給超級計算機，運用數(shù)值預報技術進行計算。氣象預報員在數(shù)值預報基礎上，結合當?shù)靥鞖馓攸c、地形作出初步預報、簽發(fā)天氣預報產品。如果有災害性天氣，還會通過手機、電視、廣播、定向推送等渠道發(fā)布氣象預警信息。
正因如此，數(shù)值預報技術被譽為氣象事業(yè)的“芯片”，是天氣預報預測的關鍵核心技術。數(shù)值天氣預報是指根據(jù)大氣實際情況，在一定的初始和邊界條件下，通過大型高速計算機進行數(shù)值計算，求解描寫天氣演變過程的流體力學和熱力學方程組，以此預測未來一定時段的大氣運動狀態(tài)和天氣現(xiàn)象的方法。如今，我國探索出自己的數(shù)值預報模式，部分技術已達到國際先進水平。應用該技術，天氣預報業(yè)務可從初始時刻起，預報未來最長達7天的天氣。
智慧氣象，為百姓提供精準氣象服務
智慧氣象是借助于云計算、物聯(lián)網、移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、智能等新技術的深入應用，依托于氣象科學技術進步，使氣象系統(tǒng)成為一個具備自我感知、判斷、分析、選擇、行動、創(chuàng)新和自適應能力的系統(tǒng)，讓氣象業(yè)務、服務、管理活動全過程都充滿智慧。
自2016年中央一號文件首次提到智慧氣象以來，我國氣象部門大力發(fā)展智慧氣象，并將地面觀測自動化、智能網格預報、氣象信息化等成果廣泛應用于“三農”服務。其中，通過與農業(yè)氣象核心技術融合，初步建設了智慧農業(yè)氣象大數(shù)據(jù)、業(yè)務服務核心平臺。
經過幾年發(fā)展，智慧氣象在各領域特別是農業(yè)領域的應用已較為廣泛，有力推動了新農村建設、脫貧攻堅。在新冠肺炎疫情防控中，以國家突發(fā)事件預警信息發(fā)布系統(tǒng)為代表的智慧氣象成果，充分發(fā)揮廣覆蓋、快響應的優(yōu)勢，成為打通農村疫情防控宣教“最后一公里”的重要渠道。
據(jù)介紹，我國氣象部門將在現(xiàn)有基礎上推進智慧農業(yè)氣象大數(shù)據(jù)挖掘應用、業(yè)務服務平臺的互聯(lián)互通，建設與“三區(qū)三園”和高標準農田建設相適應的農業(yè)氣象觀測站網，加強大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網、移動互聯(lián)、智能網格預報等新技術新產品在農業(yè)氣象服務中的應用，提升農業(yè)氣象監(jiān)測預報業(yè)務的現(xiàn)代化水平。
未來，智慧氣象將深深融入國民經濟各個領域和人們的衣食住行。通過分析旅游、能源、物流、交通、保險等領域的大數(shù)據(jù)，依托智能數(shù)據(jù)加工等，可針對人們的不同時間、位置需求，提供可訂制、分鐘級、場景化的精準氣象服務產品。
科普小知識：
為何北方季節(jié)轉換總是如此之快
雖然10月初的這次降溫，著實來得突然，但寒潮在10月初就光顧我國的情況，還算不上是極端天氣。北京市氣候中心首席專家、主任王冀表示，我國將冷空氣由弱到強分為4個等級，寒潮就是冷空氣中的最強等級，它是高緯度的冷空氣大規(guī)模向中低緯度侵襲而造成劇烈降溫的天氣活動，最早甚至可以出現(xiàn)于9月下旬。
王冀進一步介紹道，我國北方大部分地區(qū)夏秋時節(jié)氣溫起伏較為劇烈的根本原因與冷空氣活動及太陽輻射有關。每年秋分后，隨著太陽直射點南移，高緯度地區(qū)接收到的太陽輻射顯著減少，空氣冷卻下沉，在地面形成大規(guī)模的冷氣團。由于陸地比熱容較小，降溫格外迅速，因此高緯度冷空氣會在亞歐大陸的西伯利亞和蒙古一帶聚集形成勢力強大的亞洲高壓。隨著太陽輻射進一步減少、溫度降低，亞洲高壓的勢力會不斷得到增強。
“我國地處世界上最大的大陸——亞歐大陸和全球最大的海洋——太平洋之間，海陸熱力性質差異巨大，是全球最典型的季風氣候區(qū)?！蓖跫奖硎?，我國秦嶺—淮河以北的東部大部分地區(qū)、華北和東北等地都屬于溫帶季風氣候區(qū)，冬季在強大的西伯利亞大陸冷高壓的影響下盛行冬季風，夏季則在太平洋副熱帶高壓的影響下盛行夏季風，而秋季正是夏季風與冬季風切換的季節(jié)。隨著副熱帶高壓開始南撤、暖濕氣流減弱而亞洲高壓勢力不斷增強，我國上述地區(qū)便會迅速由夏入秋。 >>詳情
