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天气预报为什么不准

发布时间:2019-12-11 21:08来源: 未知

 我们每天都会关注的应该就是天气预报了,它能让我们知道未来十几个小时甚至几十个小时的天气变化情况,是我们工作生活中必不可少的工具。

       在几十年前,大家不像是现在,很容易就可以通过各种途径得到天气信息,大家能看到的天气预报不多,而这些天气预报里,又以中央台这一个,显得最正式、最权威。

       但是看多了,你或许也发现了,即便是最权威的天气预报,其实也并不是非常准确的,经常会出现它报晴天,结果下雨,它报下雨,结果多云的情况。哪怕是最爱看天气预报的那位,也经常会发出类似的抱怨:天气预报为什么总是报不准呢?

 

天气预报是怎么做的?

要回答这个问题,就得先弄清楚,天气预报是怎么做的。

你一定听说过很多的和天气有关的谚语、俗语。比如说,有这么一句“朝霞不出门,晚霞行千里”,意思是说,如果早上你能看到朝霞,那天你就别出门儿了,因为会下雨;如果傍晚看到晚霞,那预示着接下来会是好天气,适合出远门。

这些俗语谚语,看上去说得都头头是道的,但是你如果有心,专门记录一段时间就会发现,它们说得也是有时候准,有时候不准。这个倒不难理解,因为 这些关于天气的俗语、谚语,都是古人观察生活之后,归纳总结出来的经验,不能算是依据。

天气预报一开始也是依靠归纳总结。科学家们发现,某一个时间的天气,总是会受到一系列因素的影响,比如风的大小、速度,云的数量,空气的温度、湿度等等。每一种因素,又会受到其他因素的牵制,比如云的数量就受到风的限制,风的大小又受到空气温度的影响……然后,各种因素彼此纵横交错,构成了一个非常非常复杂的系统。所以,他们会去通过各种方法,测量这些因素的数据。

但是测量到数据之后该怎么办呢?幸好,科学家们从很早以前就开始记录各个地方的天气了。有些连续的天气记录长达几百年时间。通过这些记录,科学家们可以大致总结出各种因素对天气情况的影响如何。然后,他们建立了一个巨大的数学模型,把相应的数据放进去之后,就能计算出接下来的天气情况了。

 

计算机可以得到精确的预测结果吗?

那些归纳总结天气情况的人,被称为气象学家。最初,气象学家们只能靠自己的手,借助纸笔来统计过去的天气情况,推算未来的天气走向。结果准不准,很大程度上也得看运气。

后来,冯诺依曼——他制造了世界上第一台现代计算机。计算机的运算能力非常强,能够处理相当复杂的任务,比用纸和笔来运算的人类要快得多,也强大得多。

很快,计算机就被用到了各个领域当中,其中就包括气象工作。大家发现,这个家伙算得可比人算得准多了,也快多了。所以,那个时候,气象学家们都是信心满满的。他们相信,计算机的运算能力会越来越强,借助这种运算能力,天气预报也会越来越准确——最终将会达到永远准确,不犯错误的程度。

可就在这个时候,有一位气象学家突然站起来说,不对,不是这样的!这位气象学家叫爱德华·洛伦茨。

洛伦茨,一开始也是信心满满的用计算机做天气预报。他设计了几个和天气预报有关的数学方程,然后尝试用计算机去求取结果。有一天,他正开着计算机运算,忽然觉得有点儿累,想着去泡个咖啡喝。于是,他暂停了计算,把当时计算的结果记录了下来。然后,又将这些结果重新放进公式里,继续跑数据,自己就泡咖啡去了。等喝完一杯咖啡,他重新回到电脑前,看到显示的结果大吃了一惊。

他发现,这一次的计算结果,跟之前的历次计算都不一样,偏离了好多。接下来,洛伦茨验算了好多次,可结果还是一样。他都开始担心,是不是计算机坏了?

 

什么是蝴蝶效应?

洛伦茨没有放弃。他认真地思考了一下这个问题,终于明白了,计算机没有坏,坏是坏在他中断计算的时候,抄下来的那几个数字上。原来,问题出在小数上。我们都学过小数的概念了吧?比0大一点儿,比1小一点儿就是小数。本来,计算机运行那个公式的时候,会把运算结果精确到小数点之后6位。但是显示的时候,为了节省地方,只显示3位。所以,实际结果和洛伦茨记录的结果,不完全一样,差了那么很小很小的一丢丢。

虽然只是很小的一丢丢,但是把这个数据再次代入公式之后,计算出来的结果却差了许多许多。看起来是很细微的差别,但最终却影响了结果。这个事儿给洛伦茨带来很大的启发,他想,诶,咱们计算天气的时候会不会也是这样,很多数据,只有非常小的差异,但是预测的结果却差别很大。

洛伦茨把这个想法写成了一篇论文——当然,这只是一篇非常非常枯燥的数学论文。只不过,他打了个比方,来说明自己的这个发现,他说:一只普通的海鸥,扑腾了一下翅膀,为空气增加了一个变量,但是这个变量可能造成一系列后果,并给天气带来巨大变化。

几年之后,他参加一个学术会议,然后在这个会议上做了一个演讲。在演讲的时候,洛伦茨把这个比喻改动了一下,他说: 一只蝴蝶在巴西扇动了一下翅膀,就有可能在美国引起了一场风暴。这就是我们熟知的“蝴蝶效应”

这个比喻太成功了,让所有人都记住了洛伦茨的发现。现在,大家都会用“ 蝴蝶效应 ”(Butterfly effect)这个词来描述,一件微小的事物,有可能引起一系列连锁反应并且导致严重的后果。

不过要注意,如果你真的完全这样理解“蝴蝶效应”,有可能是曲解了洛伦茨最初的意思。因为洛伦茨其实只是在说明“天气预报为什么会不准确”