天气预报发展的四个阶段

秋雨(李冰)

天气预报发展的四个阶段

秋雨

第一阶段：初始的天气预报

中国有关天气预报的记载，可追溯到公元前14世纪的商代。在安阳殷墟出土的甲骨文上已记载了求雨的卜辞和风云、雨、雪、雹、虹、雷电等天气现象，关于风、雨、水等方面的卜辞可以看作是原始的天气预报。后来的很长一段时间，依靠气象谚语进行天气预报。

新中国的许多气象台站起步之初，预报员通过学习和了解当地人民群众长年累月积累的天气经验，参考当地的天气谚语，以及动物在天气变化前的反应等来制作天气预报。随着科技的进步，预报员通过卫星、天气雷达和自动观测点等获取天气资料，运用计算机预报未来天气，就很少再使用气象谚语预测天气了。即便如此，很多谚语对于预报员仍能起到一定的启示作用。而现代科学证明，有的天气谚语具有丰富的科学内涵。

第二阶段：天气图时代的天气预报

现代天气预报开始于天气图的诞生。1854年，法国巴黎天文台台长勒佛里埃收集了11月12－16日5天内的气象情报，依据这些资料绘制了5张逐日天气图，由天气图看出了天气系统，自此天气图诞生。1855年，勒佛里埃发出了绘制天气图的倡议，世界各国引起强烈反响。

伴随着地面天气图的出现，天气学的理论也在不断发展，诞生了气团和锋的概念，以及锋面气旋的理论，不仅丰富了天气图的内容，而且使连续的天气图变成了能反映气团、锋面和气旋等天气系统变化、移动的“连续剧”，只要跟踪观测和分析这些多变的天气系统，就可以进行1～3天的天气预报。而且，这可是天气预报发展史上的一个里程碑。

1933年，德国人谢尔哈格开始绘制高空天气图。1939年，瑞典气象学家罗斯贝提出大气长波理论，成为现代天气预报的理论基础，也是天气预报发展史上的一个里程碑。它延长了天气预报的时效，开创了三维空间的天气分析，使制作3天至5天的中期预报成为可能。

起始的天气图主要是靠人工绘制，随着科学技术的日新月异，通讯事业发展迅速，气象信息全球化交换成为可能，计算机开启了新的时代，天气图交给了计算机完成，大大推进了天气预报技术的发展。

第三阶段：数值天气预报

气象卫星、气象雷达的问世，卫星云图、雷达回波更是为天气预报技术插上了翅膀。气象物理学的发展，现代化气象设备的研制，大气探测在物理学基础上的不断更新完善，通讯技术、计算机等相关科学技术突飞猛进，使得天气预报由定性到定量、定时、定点成为可能。20世纪40年代前后，数值天气预报问世，定性天气预报向定量天气预报的跨越得以实现。

天气图诞生后不久，西方一些科学家提出设想：可根据流体运动的物理定理，用数学的方法去描述大气如何运动，并通过计算得到大气的未来状态，从而制作出定量的天气预报，即所谓数值天气预报。

1904年,挪威学者皮叶克尼斯(Vilhelm Bjerknes,1862-1951)在世界上首次提出数值天气预报理论,认为大气的未来状态原则上完全由大气的初始状态、已知的边界条件和大气的物理方程所共同决定。1910年，英国科学家理查森（Lewis Fry Richardson，1881－1953）首次提出直接用数学方法求解描述大气运动变化规律的物理方程组。气象学家揭示出了大气中最主要的波动是罗斯贝波，这为数值天气预报简化模式发展奠定了大气科学理论基础。1950 年，查尼（Jule Gregory Charney，1917－1981） 等借助美国的世界首台电子计算机（ENIAC），用滤掉重力波和声波的准地转平衡滤波一层模式，也就是用简化模式，成功地制作出了500hPa高度场形势24 小时预报，从而开创了数值天气预报滤波模式时代。

1954年，瑞典在世界上率先开始了业务上的实时数值天气预报, 较之美国开始业务数值天气预报早了6个月。此后，开始向二层模式进军。

1965 年，包含有简单物理过程参数化方案，较完善的原始方程数值天气预报全球模式逐渐形成，数值天气预报模式设计上取得重大突破，为现代数值天气预报模式奠定了重要基础。

新中国是数值天气预报起步较早的国家之一。早在1950年就开始了数值天气预报的理论研究工作。20世纪70年代末之前，老一代数值预报专家曾先后尝试过两层模式、简单的北半球正压过滤模式、三层原始方程模式的开发和试验，但由于当时通讯能力和计算机资源的限制，没有建立起真正意义上的数值天气预报业务。改革开放以来，新中国的数值预报进入了真正的大发展时期，建立起比较完整的数值天气预报业务体系。中期预报模式、区域预报模式由新中国自行研制，台风路径预报模式、海浪预报模式、环境预报模式、集合数值天气预报系统等也都相继投入业务运行，新中国已发展成为世界上开展全球、有限区和中小尺度数值模式预报的主要国家之一。

20世纪70年代以来，人机交互处理技术应运而生，它将图形图像的处理技术、人机交互技术、多种显示功能和编辑功能等结合在一起，成为预报员的工作平台。新一代天气预报人机交互处理系统投入业务应用，使天气预报的精细化程度不断得到提高。现代天气预报是大气科学和通讯、计算机等相关技术共同发展的结果。

第四阶段：集合天气预报

集合预报是将模式的初始场稍做改变，然后再次做一次计算，得出预报。这样重复多次，得到一系列的预报，称为集合预报。如果集合预报的结果基本吻合，预报的可信程度较高。一系列的结果如果不吻合，集合预报显示可能出现不同的天气情况，对预报员也能提供有用的参考价值。

集合数值天气预报就是从一组初值出发，得到一组数值预报。因为得到这组数值预报所用的初值和模式过程彼此之间有一定的差别，所以就反映了前面提到的大气的不确定性。从而把过去传统意义上单一的确定性天气预报，变成不确定性预报。集合预报的目的就是尽可能使得到的这组不确定性预报包含未来大气可能出现的所有状态，从而达到提高预报水平的目的。

天气预报分类与发布

天气预报按预报的对象，可分为常规、专业、专项和专题四种预报。其中，常规天气预报指的就是公众经常收听或收看到的天气预报，其内容包括天空状况（晴、阴、雨、雪等）、风向和风力、最高和最低气温以及相对湿度等气象要素；专业天气预报指的是针对某一专业领域的特殊需求而制作的天气预报，如航天、航空、电力、交通、海洋等天气预报；专项天气预报指的是针对重大工程建设项目或重大军事演习活动而制作的天气预报，一般不对外公开发布；专题天气预报指的是针对重要节假日（如国庆节、春节）、关键农时季节（如三夏、三秋）、关键时段（如高考、春运期间）以及重大灾害性天气或突发事件制作的专题气象预报服务材料。

天气预报按预报的时效，可分为中期、短期、短时和临近四种预报。其中，中期天气预报是指4～10天的预报；短期天气预报是指1～3天，即24、48和72小时内的预报；短时天气预报是指12小时内的预报；而临近预报则是指2小时内的天气预报。

目前气象预报信息涵盖广播、电视、报纸、电话、手机、网络、电子显示屏等多种途径，公众覆盖率达到90%以上。全国各地电视天气预报节目多达3000多套，中国气象频道在全国30个省（区、市）的279个地级以上城市落地，电视天气预报已成为收视率最高的节目之一。天气预报是一种特殊的产品，《气象法》对天气预报的发布和传播有明确规定，只有通过正规的途径和方法去收听或收看天气预报节目，才能得到比较准确的气象预报信息。

到了AI时代，天气预报一定会进入一个新的发展阶段，那时候也许就能够预先知道未来某地某时的天气状况，也能够知道未来的气候状况，天气预报结果就像实况那样精准。想象吧！那时候不仅能精准预报地球气象，就连人类迁移那个星球的天气也了如指掌。