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天气预报 | 揭示未来的科学探险 [复制链接]

139****7453 | 2022-03-17 16:30 1474 0

正直是告诉自己真相,而诚实是告诉别人真相。

斯宾塞·约翰逊


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当空气完全静止且凉爽时,我们可以享受星光熠熠的明朗夜晚,从炎炎烈日中获得一丝喘息。但是当空气平静无风却又温暖,或是这样的平静自黎明起持续太久时,它们就会变得尴尬、令人不安。我们已然知晓,这往往预示着风暴即将到来。因此,通常来说,起风是受人欢迎的事。但并非总是如此,也并非所有人都这样认为。


天气预报是现代生活不可或缺的组成部分,人们总能随时得知那变化多端的天气又将向什么方向演变。天气预报员们总是穿着简洁干练的服装,眼睛炯炯有神。一旦有恶劣天气来临时,他们的话语中总是充满关怀和同情。得体的措词、干练的西服、优雅的举止以及对气象预警的巧妙传达,这些天气预报员们是最大胆的科学实验的产物之一。


今年,我国多地出现强对流天气,龙卷风、雷暴、冰雹“说来就来”,让人们感到“猝不及防”。就拿我居住的北京来说,今年受到冷涡的影响,强对流天气频频高发,有些天气还造成了洪水等灾害。

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强对流天气的成因主要是在大气层形成上层冷、下层暖的一个不稳定层结。由于南方暖湿气流输送和太阳辐射加强的双重影响,使低层容易形成高温、高湿的下暖湿结构。一旦有北方冷空气南下,激发对流发生后,自西北向东南各地就会出现强对流天气。


今年上半年,中国气象局减灾与公共服务司在全国自然灾害综合风险普查中,对暴雨、干旱、台风、高温、低温、风雹、雪灾、雷电、沙尘暴等9种气象灾害进行风险普查,其中在风雹灾害中涵盖了大风、冰雹和龙卷风。这些工作目前都正在推进中,已经取得了一些试点的成果。


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数据反馈,中国是世界上受气象灾害影响最严重的国家之一,气象灾害的种类多、影响范围广、发生的频率高,所造成的损失占到自然灾害损失的70%以上。特别是在全球变暖的背景下,气象灾害所造成的损失更大,造成的影响更重,已经成为防灾减灾工作的重点。


混合天气现象是户外运动的最大自然风险因素。一般而言,混合天气就是类似强对流天气,这种包括雷电、短时强降水、大风等多种天气现象,带来不同灾害和影响。强对流天气发生时,最好的防范就是减少外出,及时躲避,避免暴露在野外。当前,强对流天气预报可以提前数小时到数天,主要是可能性预报。相对精准的预报提前量只有几分钟到几十分钟,而这已接近精准预报预警能力的‘天花板’。因此,对于强对流天气的临近预报预警,需要社会响应力度和效率大幅提高,才能及时应对灾害,减少损失。


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问题1:明天我们要去某山徒步。我们去网上搜素一下“天气+X山”可以吗?


不可以。由于大气等混沌系统和物理定律的内在限制,我们无法对特定位置进行精确预测。在互联网上可以找到提供此类信息的网站,但它们的预报是基于模型而计算出的,只能用作参考。随机打开三个,并寻找位置“X山”,站点1告诉我整天天气晴朗,站点2预报下午有降水可能,站点3可能会说整天都在下雨。那该怎么办,选择一个适合的?从心理上讲,我们可能倾向于这样做,也因为那可能是我们唯一的休息日。


问题2:我们应该依赖哪些网站?


如果我们讨论中国所有的山区,我们必须首选那些临近城市的山区,因为靠近城市的多数山区都有“省级”或者“市级”区域气象服务。山区的天气通常有特定的部分,一些与之关联紧密的专业工作,例如军事和民航的气象部门,但是这些气象信息并不公开。如果要去远离城市的山区,可能需要参考距离山区最近的城市的中长期天气预报,再根据目的地位置和海拔判断。


问题3:珠峰的登顶天气是怎么预测出来的?


来自奥地利因斯布鲁克的Karl Gabl是高海拔登山天气预报的专家。比如他是Simone Moro冬季攀登高海拔的专用气象专家。“Karl Gabl 永远不会错,”Moro这样声称。Gabl最初是一名登山向导 ,在他获得因斯布鲁克大学气象学博士学位前,他就在海拔7485米的阿富汗诺沙克峰完成过滑降。他后来成为中央气象和地球动力学研究所(ZAMG)的负责人。


他帮助登山者的主要动机是1976年他的表弟死于雪崩。Gabl开始为登山者提供专业气象信息。消息传开,许多探险队纷纷请他帮助预测登顶日的天气。像所有气象学家一样,他使用不同模型。夏天,他仔细观察不同模型的预测结果。未来几个小时的预测,或者气象学家所说的‘临近预报’在高山上毫无意义,因为登顶通常需要三天或更长时间。提前一天预测大雪或雷暴,以及飘雪和飘雾等局部影响尤其具有挑战性。Gabl的预测不要任何费用,对他来说,从探险中得到的最好信息是:我们要回家了,而不是我们登顶了。



问题4:我们当天到达山区。预报说下午可能会下雨,早上的天气能保证吗?


让我们永远记住,它们是预测。否则,我们会称其为确定性。夏季不稳定的天气更是如此。重要的是,要不断观察天空,并确定可能恶化的任何先兆迹象。夏季的情况下,这种恶化是相当突然的。强对流天气在很短的时间内从晴朗天气转变为大雨、冰雹,甚至可能是强风,温度和能见度突然下降。如果天气预报告诉我们下午天气可能会变得更糟,但在早上 11 点我们已经看到典型的积雨云升起的前奏,我们不能依赖预报提供的时间。显然,天气恶化来得早。


问题5:如果我准备花几个小时攀登,预计下午天气会恶化,我是否应该放弃计划?


这时需要经验的判断。放弃在恶劣天气情况下攀登可能失去了一天,但是你可以享受这一天没有在恶劣天气下陷入困境的风险。在那一天我失去了一次机会,回想起来就像是一种过度的谨慎,但在你放弃的10次中,总会有那么一次谨慎救了你的性命。


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https://www.windy.com


流动的风就像是天空中川流不息的河水,不断变化和延伸。这里展示的并不是美丽的图片,而是动态气象图。缩放和转动地球能够看到小范围的风向变化,通过几层重叠,还可以把气温、降水情况、气压等信息叠加上来。所以准确地说这是一个以“风”为核心的实时的气象卫星图。


从地球表面到13500米的高空,大气层被横向划分成12 个不同高度,选择每个高度都有对应的图像,从下往上看得出风势变化的趋势。在3000米到6000米之间,风速和风向发生剧烈的变化,6000米以上的高空世界看起来是一条气势汹汹的大河,而3000米以下的人则像生活在地表平静的小河中。

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流动的风就像是天空中川流不息的河水,不断变化和延伸。这里展示的并不是美丽的图片,而是动态气象图。缩放和转动地球能够看到小范围的风向变化,通过几层重叠,还可以把气温、降水情况、气压等信息叠加上来。所以准确地说这是一个以“风”为核心的实时的气象卫星图。 从地球表面到13500米的高空,大气层被横向划分成12 个不同高度,选择每个高度都有对应的图像,从下往上看得出风势变化的趋势。在3000米到6000米之间,风速和风向发生剧烈的变化,6000米以上的高空世界看起来是一条气势汹汹的大河,而3000米以下的人则像生活在地表平静的小河中。 作为一个非赢利网站,Windy由生活在捷克的工程师Cameron Beccario制作。气象数据来自美国国家气象服务中心支持的Global Focus System开源平台。作为一位滑翔伞飞行爱好者,每次Cambecc出发前都要收集大量的风向数据,在之前Tokyo wind map的基础上,从2013 年开始着手制作一个可视化风向预报网站,这是 Windy诞生的故事。https://www.windy.com
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作为一个非赢利网站,Windy由生活在捷克的工程师Ivo Lukakovic制作。气象数据来自美国国家气象服务中心支持的Global Focus System开源平台。作为一位滑翔伞飞行爱好者,每次出发前都要收集大量的风向数据,在之前Tokyo wind map的基础上,从2013 年开始着手制作一个可视化风向预报网站,这是 Windy诞生的故事。


Windy的可视化做的相当好,尤其像粒子动画这样的演示,向小朋友介绍气象知识来说非常生动。通过网站能直接获取某地区气候信息,包括风速、温度、云层及实时波动、降雪、气压。

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格陵兰上空的风暴咆哮而至。


气象信息系统以“可视化动态图”展示未来气候状态,让我们身历其境,感受当前不断变化的气候。网站内的多个界面,可以随时查询时间或及时机率等信息,未来五天预报提供准确气象预报。目前也提供智能手机APP下载。巧合的是,同样来自捷克的VentuSky与 Windy相似,使用粒子动图提供实时演示和10天的预报信息。


Windy右侧菜单里切换显示的预报信息,包括风速、阵型、温度、云层风、云更新、累计雨量、低、波浪风、浪、涌浪涌浪时间、降雪、气压和气候。找到特定地区,随后可以看到地点的详细预报信息,例如大气现象图、气压图以及风与浪的数据,也有日出、日落时间。网页底部点选左下角的播放就能看到下边的气象动态变化。这个功能可以让我们很清楚的看到气团未来移动情况,还有可能有那些地区发生或降雪等情况。




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https://www.meteoblue.com



Meteoblue也是一家著名的开源气象预报网站。最初是在瑞士巴塞尔大学根据NOAA/NCEP模型开发的。Meteoblue很快受到科学家和气象爱好者的欢迎,特别是登山者、飞行爱好者和天文学家的喜爱。


从2008年5月开始,meteoblue point为全球超过500万个地方提供当地预报,使用专有模型生成适合当地的地表和大气预报。通过引入SPOT技术,meteoblue成为全球第一家能够在每个选定位置的图形概览中即时显示当地天气概率的供应商。增加的where2go功能,使得meteoblue推出世界上第一个全区域天气网络搜索。此外,您甚至可以在第二天搜索所选位置周围整个区域的最佳天气,并在几秒钟内在地图上查看结果。我的地图使用户能够创建自 2006年以来的欧洲天气图,以及自2012年以来世界上任何地方的天气图。

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斯宾塞·约翰逊说,正直是告诉自己真相,而诚实是告诉别人真相。从某种程度来说,天气预报就是代表着人类不断追求真相的努力,因此其过程不断激发我们探索自然的好奇心。
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如果出远门,输入框里用拼音(或者英语)输入你想去的地方,Meteoblue有5天的中期预报,14天的长期预报。尤其是5天预报,给的信息非常详细全面。黄色底色代表白天,白色底色代表晚上。不仅有是温度曲线和天气预测,还有降雨量和云量变化。右侧坐标轴显示是离地多少公里的云量。风向使用箭头标示,风力分别是最大风力和平均风力。

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meteoblue也提供可视化粒子动画


meteoblue预测始终是模拟数据,最多可提供14 天内。天气预报模型每天更新两次,如果有雷达和卫星数据,预测数据每5分钟更新一次。在天气预报界面上,点某一天可以查看每三小时(设置里可以修改到每小时)详细预报。界面显示温度、日出日落时间、月出月落时间、紫外线指数。具体预报分别是天气状况、风向风力大小、降水概率、体感温度、25公里内降水分布。


我们在规划越野跑比赛的时间时,通过气候数据查看过去的天气变量,数据涵盖从1984年以来的数据。气候数据以年月日显示特定时期的平均值。历史数据显示过去时间的天气变量。这些高精度的模拟数据100%完整,以每小时、每天、每月和每年的时间间隔提供。


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https://www.mountain-forecast.com


mountain-forecast是我在登山时期主要使用的气象预报网站,2010年以前的可用山区气象预报网站寥寥无几,mountain-forecast的特色是涵盖全球主要山区的天气预报,这对一些中低山峰的登山者来说是个好帮手。现在mountain-forecast属于Meteo365旗下,这是一家为户外活动提供创新天气解决方案的在线提供商。

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集合潮汐、雪况、波浪、山区等专项天气预报的Meteo365


2010年以后,随着网络普及、数据开放和技术进步,数值天气预报 (NWP) 模型走到台前。每秒执行2.8 万亿次计算听起来很详尽,但实际上,即使是超级计算机的计算能力也常常不足以对天气进行准确预测。最快的计算机仅限于约16公里的分辨率:一个16x16公里的网格区域。这种计算在平原地区可以,但在山区这显得非常生硬。最典型的是NWP模型预测只使用通常流行的美国GFS(全球预报系统),GFS最适合长期、低分辨率的预测。例如,它擅长于对航道的预测,但在小气候变化很大的地方,比如高山地区,它很难发挥作用。一般来说,降水时间、类型和总数不是模型的强项。

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你若安好,便是晴天


在进行定制化预测时,专业气象学家所考虑的远不止GFS。一些NWP模型对来自多个来源的预测进行平均。多年实践提高气象学家的表现。对急流、低谷、山脊、天气系统、地面条件、ENSO 以及特定条件所依赖的模型的分析优于单纯的统计数据和简单地应用算法的机器人。因此,对于那些攀登珠峰的人来说,登顶窗口的选择,谁都不会根据免费的互联网预测来选择。


mountain-forecast提供两种搜索:按国家划分的山脉和按范围划分的山脉,相对中国区域而言,访问量较大的成熟度名山较多,而相对位置偏僻的山区未被纳入。它提供12天的长期预报,除了常规的温度、风力等数据外,还有各种类型的天气图,另外增加了类似Summitpost的山地信息、登山笔记和行程照片等分享功能。

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斯宾塞·约翰逊说,正直是告诉自己真相,而诚实是告诉别人真相。从某种程度来说,天气预报就是代表着人类不断追求真相的努力,因此其过程不断激发我们探索自然的好奇心。

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