天气预报：从占卜到科学
清代的测雨台
高空探测气球
风云二号气象卫星
卫星气象云图
有人曾经调侃说，世界上最不靠谱的人是做天气预报的人。的确，气象预报员可能测量了各种数据，进行了复杂的计算，得出明天有雨的预报，你只是随口说一句明天没雨。结果，你对了，预报员错了。
天气不仅受到各种气团的影响，而且受到当地地形、水域状况等众多因素的影响，任何随机的因素变化都可能引起意想不到的天气变化，因此，天气预报是一个历史性难题。
但是，随着科技的进步，天气预报还是越来越有准头。尤其近年来各种极端天气频发，人们对天气预报的期待也越来越高，依赖越来越强。
1.甲骨文中大量内容是占卜预报天气
古代人类为了生存，为了适应多变的天气和气候，采取了一系列措施。遇上风雨雷电，他们住进了洞穴。再往后，他们开始盖一些可以适应不同气候带的房屋，让自己尽可能少受风雨雷电的侵扰。不过，古代的天气预报谈不上什么科学。
我国商代后期（公元前13世纪至前11世纪），人们用占卜预测气象、天象、疾病、生育和战争等等。帝王常用甲骨占卜吉凶，卜毕将所问之事或所得结果刻在龟甲或兽骨上，称作商代甲骨文，大量出土于河南安阳殷墟。占卜中关于风、雨、水等方面的卜辞可以看作是原始的天气预报。
有人从317片甲骨文中进行统计，发现有107片是与气象有关的。其中，卜雨的有93片，卜晴的有4片，卜暴雨的有5片，卜雪、卜雹的各1片。这是已知的世界上最早的天气预报。这种法子，我们的祖先大概用了几千年之久。
在殷周时期，我国劳动人民就已经总结出许多预测天气变化的经验。如，《春秋》记载称，在冬天，当天空中出现满天一色的阴云——即“天上同云”时，则未来要“雨雪雰雰”；当在夏天看到乌云发展，即“有渰萋萋”时，则将大雨瓢泼，即“兴雨祁祁”了。唐朝的《相雨书》中，有更通俗形象的记载：“云逆风而行者，即雨也。”这类的经验预报，已具有科学内容。
希腊哲学家亚里士多德（公元前382～322）或许是世界上最早的气象理论家之一了。在著名的《天象论》中，他曾写道：世界上万物由火、空气、水和土四大元素组成。他认为，这四种元素“可以互相转化，每一种都可以潜伏在其他之中”。他指出，引起这种转化的媒介物是太阳……空气经受温度的变化就变为云、雨、雪、霜、露。
人们最早了解到的自然规律就是日夜交替和春夏秋冬的季节变化。由于农业生产的需要，我国在2000多年前就已经总结出了二十四节气。为了更详细地表示每个节气内的气候变化，又形成了七十二候。对于一年的冷暖变化，又总结出了“三九”和“三伏”。
2.气象谚语是劳动人民长期经验的总结
“朝霞不出门，晚霞行千里”，这是一句在我国广为流传的谚语，从大人到小孩，几乎都能说出来。而在美国，这样的谚语则是以“傍晚天空红，水手乐无穷”的形式出现。世界各国的劳动人民在劳动实践中，在与大自然无数次的斗争中，在长期观测天气变化的过程中，形成了大量的天气谚语。
这些谚语，有的是反映各种天气变化的前后期联系的，有的是描述气候规律的，通过观察日、月、云、风、雾等自然现象的变化规律，反复总结印证而得到，并一传十、十传百在民间流传。这些谚语在某种程度上具有一定可靠性。在现代气象学尚未产生的年代，天气谚语无疑对天气预报起着很大的作用。
有很多天气谚语和农事相关，是劳动人民长期关注天气变化，对农业生产经验及天气变化规律的总结。例如，“月晕而风，础润而雨”，这句话出自宋代苏洵的《辨奸论》，意思是，如果晚上看到月亮周围有一圈光晕将有大风；如果门口柱子的底座上湿润有水汽将会下雨。空气中的水汽导致月亮四周出现光晕、柱子潮湿，而正是这些水汽才会形成降雨。
中央气象台起步之初，很多预报都依靠当地天气谚语、动物在天气变化前的反应等办法。随着科技的进步，预报员通过卫星、自动观测站等获取天气资料，运用计算机预报未来天气，就很少使用气象谚语预测天气了。
即便如此，很多谚语对于预报员能起到一定的启示作用。预报员学习和了解当地人民长年累月的天气经验，对提高天气预报的服务质量和水平，能有所作用。而现代科学证明，有的天气谚语具有丰富的科学内涵。比如，“天上钩钩云，地上雨淋淋”就是如此。钩钩云在大气科学中叫钩卷云，在强烈的对流天气系统，常常形成大范围的卷云。因此，钩卷云一旦出现，就预示着产生降水的天气系统即将来临。
3.战争催生现代意义的天气预报
世界上第一张天气图诞生于1820年。不过，从世界范围内看，现代意义上的天气预报业务与1854年黑海的一场强烈风暴有密切的关联。
1854年11月，英法联合舰队在黑海上和俄军决战，可是还未开战，英法联合舰队就遭到了一场强风暴的袭击，一下子沉没了30多艘舰船，元气大伤。事后，巴黎天文台台长勒弗里埃受命调查这次风暴的来龙去脉。
勒弗里埃发信给各国天文、气象学家，收集1854年11月12日至16日这5天的气象资料。这一行动得到诸多科学家的鼎力支持和帮助。他依次把同一时间的各地气象情况填写在一张图上，经分析发现，这次风暴是自西向东南移动的。当它经过欧洲，在到达联军舰队所在地的前一两天，西班牙和法国西部已受其影响。那时电报业已发明，如果当时欧洲沿大西洋一带设有气象站，风暴情报就可以及时电告英法舰队，就可能避免这次风暴的袭击了。
1855年3月，勒弗里埃正式向法国科学院提出建议，由政府组织气象观测网，并将观测资料集中起来进行分析，绘制天气图。
1856年，在各方的赞助下，法国组建了第一个现代天气服务系统，用电报传送各地当日的气象观测结果，开始了天气预报的业务工作，这是世界的首创。此后，世界上许多国家都陆续建立起了气象站网，开展天气预报工作。世界上最早刊登天气预报的报纸是伦敦的《泰晤士报》，日期是1875年4月1日。
天气图的诞生是科学技术进步的结果，战争只是契机。现代天气预报开始于天气图的诞生。现在，只要你有机会到各地的气象台参观，都会看到绘制有各种各样曲线的天气图。天气图上标示有气压、温度、湿度、风向、风速、降水等气象要素。天气图主要是靠人们对大气现象的认识和长期积累的经验来推算未来的天气，这种方法直到今天，仍不失为一种有效的预报手段，但它的准确率及便捷程度不够高。
4.物理学发展的大气探测是天气预报基础
从世界范围内看，大气探测是在物理学基础上逐渐发展起来的。
伽利略在1600年左右制作了玻璃管温度计，这是今天使用的水银(酒精)温度表的雏形。1643年，他的学生托里拆利制成了气压表。观测气压表使人们发现，天气的晴雨与气压变化有一定关系，当气压表中的汞柱下降时，往往预示着坏天气的到来，反之，天气将转晴，因而气压表又被叫作“晴雨表”。温度表和气压表的发明具有极其重要的意义，它使定量测量大气的基本性质成为可能。再以后，风速表、毛发湿度表相继问世，人类发明的用于天气预报的工具越来越多。
19世纪中期，电报以及正规的气象台站网的出现，有助于大量气象资料的积累，加快了天气预报理论的发展。20世纪初，以皮叶克尼斯父子为代表的挪威学派，提出锋面理论和气旋波理论，使预报3天之内的短期天气成为可能。这些理论成为现代天气预报理论的基础之一，不仅丰富了天气图的内容，而且使连续的天气图变成了一张反映气团、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，就可以进行天气预报了。而这个气旋发展模式不仅是中纬度天气预报的重要理论根基，更是天气预报发展史上的一个里程碑。
5.气象卫星开创从宇宙空间观测大气新时代
20世纪初期，各种气象数据还都是在地面测得的，而对天气影响巨大的各种空中气象数据还没法测得到，因此，天气预报仍然不很准确。难怪那时报天气时，总是爱用“晴间多云偶有阵雨”，无论天气如何预报的都准！
对高空大气的探测延长了天气预报的时效。1927年，法国人布罗和伊德拉克发明了无线电探空仪。这种电子仪器被悬挂在氢气球下升入空中，一路上将测得的气象资料用无线电信号发回到地面接收站，开始了高空气象观测。现在气球探空的方法全世界仍在沿用，气球的上升高度一般可达30公里以上。通过气球探空可以获得空中各个高度上的气压、气温、湿度以及风向、风速等数据。
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天的中期预报成为了可能。更重要的是，它表明高空长波活动规律可以根据流体运动的物理定理，用数学的方法推导出来，使气象学走上了正确的轨道。
自20世纪60年代大气遥感技术兴起之后，特别是气象卫星的升空，开创了从宇宙空间观测全球大气的新时代。目前，密布的各种气象站可提供每10分钟一次的观测数据，明显提升了灾害天气的监测能力。从1988年到现在，我国已成功发射了多颗极轨气象卫星和静止气象卫星，被世界气象组织列入全球对地综合观测卫星业务序列，使我国成为世界上少数几个同时具有研制、发射、管理极轨和静止气象卫星的国家之一。
6.未来发展主要靠数值预报的进步
随着计算机技术的发展，数值天气预报应运而生。
1950年，美国人钱尼、挪威人弗约托夫脱和美国人纽曼首次用电子计算机制作以大气动力学为基础的数值天气预报取得成功，从此数值天气预报方法逐步成为天气预报的主要方法。
所谓数值天气预报，就是使用描写大气运动的数学物理方程，用计算机算出未来的天气形势。数值预报是提高天气预报预测准确率的基础。如今，数值预报水平的高低是一个国家气象现代化水平的重要标志。
数值天气预报是在当代大气科学与计算机技术基础上发展起来的新的天气预报技术，已经成为当前业务气象预报基础，对于预报精度、时效与内容的改进起着关键作用。1982年2月，我国第一个数值预报业务系统——短期数值天气预报业务系统，正式投入业务应用，结束了中国只收用国外数值预报产品的历史。
我国的数值天气预报同样经历了一个从无到有的发展过程。大致可分为20世纪50至60年代试验研究，60年代末至70年代的半自动数值预报系统，70年代末至80年代初的短期数值预报系统，80年代中期至21世纪初期的中期数值预报系统以及“十五”期间数值预报创新研究等几个阶段。
模式是数值天气预报的灵魂。所谓模式就是做预报时使用的一套计算公式。要找到合适的模式是非常不容易的。实际上，我国的数值天气预报模式与世界先进水平差距还比较大。利用高性能计算机进行的数值预报是现代天气预报的核心。我国正在系统开发自己的数值预报模式，但这个模式还不成熟，需要我们付出更多努力。
延伸阅读
天气预报为“诺曼底登陆” 建功
诸葛亮“借东风”，火烧赤壁大破曹营的故事，早已为中国人所熟知。由此可见，预知天气对于战争胜负确实有着举足轻重的作用。而第二次世界大战中的关键战役——“诺曼底登陆”，也差一点因为天气而改变运程。
1944年6月6日，全世界的目光聚集在这样一群人身上。他们向被纳粹统治的欧洲大陆发起了代号为“霸王”的战役。为了确保登陆艇的安全登陆，海上风速不应该超过每小时13-18英里；为了增加攻击战舰火力的准确性，能见度不应该低于3英里：为了防止伞兵在降落过程中过于分散，陆地风时速要小于每小时20英里；在进攻的前几天里，英吉利海峡不能有地面雾。
气象记录显示，这样的理想天气在初夏出现的概率几乎是60比1。但是霸王战车的前进动力一旦被置于启动状态，行动就不能再向后拖延。而盟国远征军最高统帅部里没有一个人认真考虑过天气状况会使整个巨大冒险行动终止。6月3日，所有的进攻部队，大约有17万人都上了船。
但是就当时的天气预报状况来说，正是近40年或50年以来最坏的天气。英国皇家空军上校，首席气象学家斯塔格指出，“一连串的三个低压带正慢慢地从苏格兰穿过大西洋，向纽芬兰岛移动。”他预测这将导致直到6月7日英吉利海峡都会有强风出现，而且伴有覆盖率达100％、低度为500到1000英尺的云层。在这样的天气状况下，无论是海上炮轰还是空中袭击都无法进行。
艾森豪威尔和他的指挥官们决定将他们的决议延迟到第二天，也就是6月4日星期天早上4点15分。接下来的24小时对艾森豪威尔来说是一段相当紧张的时间。现在“霸王”计划，几乎完全依赖于英国气象小组的专家对这一模糊不清的复杂气压带的估价。斯塔格运用了当时最先进的预报方法，在最后的关键时刻做出了人类历史上至关重要的预报——坏天气将会有一个短暂中止。正是这个关键的天气预报，使得英国盟军在异常恶劣天气情况下部署、展开了诺曼底登陆这一历史性战役。
文章来源：北京日报2012年08月22日
