气象预报史话：从占卜到科学

郭起豪

有人曾调侃说，世界上最不靠谱的就是天气预报。头一天的预报说“明天有雨”。结果，第二天你带着伞出门，却发现艳阳高照。

实际上，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。

那么，从古到今人们都是怎样解决这一历史性难题的呢？

甲骨文卜辞里的最早天气预报

商代后期（公元前13～前11世纪），人们用占卜预测气象、天象、疾病、生育和战争等。那时，帝王常用甲骨占卜吉凶，占卜中有大量关于风、雨、水等方面的卜辞。有人曾对出土的317片甲骨文进行统计，发现有107片与气象有关。其中，卜雨的 93片，卜晴的4片，卜暴雨的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。

商周时期，人们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”；在夏天看到乌云，“有渰萋萋”时，则将大雨瓢泼，即“兴雨祁祁”了。

人们最早了解到的自然规律是日夜交替和季节变化。由于农业生产的需要，我国在2000多年前就已总结出二十四节气。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”。

希腊哲学家亚里士多德（公元前382～前322）或许是世界上最早的气象理论家之一。在著名的《天象论》中，他写道：世界万物由火、空气、水和土四大元素组成。这四种元素可以互相转化，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。

气象谚语里的农事智慧

“朝霞不出门，晚霞行千里”，是一句在我国广为流传的谚语。而在美国，类似的谚语则是：“傍晚天空红，水手乐无穷。”在世界各国，人们在长期的生产生活中，通过观察日、月、云、风、雾等自然现象的变化规律，形成了大量天气谚语。在现代气象学诞生之前，这些谚语无疑对天气预报起着很大作用。

现代科学证明，这些天气谚语大多具有丰富的科学内涵。比如，“天上钩钩云，地上雨淋淋”，钩钩云在大气科学中叫钩卷云，在强对流天气系统，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即将来临。

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方法。随着科技的进步，预报员开始通过卫星、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。

战争开启现代天气预报

世界上第一张天气图诞生于1820年。不过，现代意义上的天气预报则起源于1854年的一场战争中的强烈风暴。

1854年11月，英法联合舰队在黑海上和俄军决战。尚未开战，英法联合舰队就遭到一场强风暴的袭击，30多艘舰船瞬间沉没。事后，巴黎天文台台长勒弗里埃受命调查。

勒弗里埃随后发信给各国天文、气象学家，收集了1854年11月12～16日的气象资料。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。如果当时欧洲沿大西洋一带设有气象站，将风暴情报及时通过电报告知英法舰队，就可能避免风暴的袭击了。

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绘制天气图。1856年，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。

现代天气预报中，天气图的绘制非常重要。天气图上标示有气压、温度、湿度、风向、风速、降水等气象要素，人们利用这些要素并结合长期积累的经验，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却不高。

物理学发展催生大气探测

从世界范围内看，大气探测是在物理学的基础上发展起来的。

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温度表的雏形。1643年，他的学生托里拆利制成了气压表。人们观测气压表后发现，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，天气则将转晴，因而气压表又被叫作“晴雨表”。

温度表和气压表的发明，使定量测量大气的基本性质成为可能。此后，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，电报及正规气象台站网的出现，使大量气象资料得以积累，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天之内的短期天气在理论上成为可能。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。因此，气旋发展模式堪称天气预报发展史上的一个里程碑。

气象卫星开创大气观测新时代

1927年，法国人布罗和伊德拉克发明了无线电探空仪，利用气球探空的方法进行高空气象观测。这一方法沿用至今，气球的上升高度现在一般可达30公里以上。

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，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。

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。

数值天气预报应运而生

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、纽曼和挪威人弗约托夫脱3人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。

目前，数值天气预报已经成为气象预报业务的基础，对预报精度、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。

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，而要找到合适的模式是非常不容易的。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，与世界先进水平差距还很大，需要我们付出更多的努力。（编辑/余风）