天气预报中的数学技术

12天气预报中的数学技术

世界上最好的天气预报出自英国。欧洲中期预报出自英国。欧洲中期天气预报中心设在英国，它是当今全球独树一帜的国际性天气预报研究和业务机构，是一个包括24个欧盟成员国的国际性组织。该中心1979年首次做出了实时的中期天气预报。用计算机为复杂系统建立模型，天气预报是开端。模型是复杂的、有几分任意的非线性偏微分方程组，对初始条件测量变成对未来趋势进行模拟。计算机模拟在把气象学从一门艺术变为科学方面的确获得了成功。欧洲中心的评估表明:世界每年从天气预报节约的资金高达数十亿美元。有预报强于没有预报。但是超过2天、3天，世界上最好的预报也只是猜测性的。超出6～7天，预报则一钱不值。现代天气预报模型记录来自大量坐标点的数据。坐标点按方格以60英里为间隔排布。当然，有些数据还存在猜测成分，因为地面站和卫星不可以看到地面上的每一个点。原因还在于蝴蝶效应。误差和不确定性在一连串湍流性质的作用下成倍地放大，从尘暴和狂风一下子扩展为大规模的漩涡。这些在卫星上可看得一清二楚。关键是描述的模型是非线性的偏微分方程。当然，有今天的高级数字计算机，作24小时的天气预报还是有把握的。这种预报法是所谓流体力学数值预报法。

另一种方法是利用概率统计技术。认为天气运动规则是不确定的、随机的，即使观测资料丰富，也无法把天气运动完全准确地描述出来。从而考虑用概率统计方法预报未来天气出现的可能性。这种方法称为概率统计预报法。

这两种方法可取长补短，互补有无。由于天气预报的种类繁多，许多复杂的天气预报、内部天气预报，尤其是中长期天气预报，多靠统计方法来制作。随着统计预报法的发展，人们还有可能对天气运动规律的了解进一步增进，并加深对大气动力学规律的认识，促进数值预报和统计预报的发展。

统计预报是用统计技术建立天气预报模型。在分析大量历史天气资料的基础上，应用概率技术、统计技术，概括出预报量和预报因子之间的统计关系，根据已知的预报因子，求出预报量，作出某种天气现象的报告。

影响天气的因子是极其复杂的，任何天气变化都会有相当多的因子与其相关。这里的关键是要选出主要的有效因子。这是统计预报的关键之一。

现在可利用尽可能多的观测资料，使用电子计算机从数百个可能因子中挑选一定数量的预报因子进行回归，通过比较，选出最好的预报关系，确定指标，作出预报。当然这可以利用多元分析、多元回归、随机序列理论、马尔柯夫链、统计决策等统计技术。

从1996年开始我国有些地区的天气预报开始采用概率预报方式。例如，不再简单地说有“中到大雨”之类的肯定词，而是说“降水概率为80%”这样的概率语言。道理很明显，因为明天，更不用说后天，有许多不确定的因素，人们根据今天的天气预报明天、后天的天气，只能是一种可能的估计。