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自动气象站数量、密度世界第一:赶超欧美,中国花了40年

 

 很多人吐槽过天气预报不准。实际上,气象监测难点重重。中国气象局工程师卡赟是今日头条科学创作者。今天,他将介绍气象工作者如何对天气做出预测。另外,他还介绍了其他你可能不知道的信息:中国气象卫星、雷达等监测能力已位居世界前列,气象防灾减灾救灾全球影响力正在显著提升,中国也成为发展中国家里唯一拥有“世界气象中心”称号的国家。
 
讲者 | 卞    赟(中国气象局气象工程师)
 
非常荣幸,今天能够有机会与大家聊一聊气象学的话题。
 
从屏幕上,大家已经看到了,我的头条号叫天师卡赞,但是刚才毕导介绍我是卞(biàn)赟(yūn),这是为什么呢?
 
快递员、外卖小哥……所有跟我接触的人看到我的名字以后,都念成右边这个样子。(笑声)特别是有一次,在我们世界气象日的活动中,所有的小朋友都这样念……后来我想了想,为了科学的传播,我做一点牺牲吧!于是,我的名字就变成了卡赞。
 
我介绍一下我自己,我是卞赟,来自中国气象局,是一名气象工程师。我自己主要工作是气象编审。
 
什么是气象编审?大家看这样一条新闻,前不久北京经历一次冷空气的时候,光明网小编写的标题,气温下降46度,局地下降68度。
 
 
我想请问一下大家,你们有没有经历过这样的天气?
 
其实,他就是犯了一个很小的错误,我们本来写的是“气温下降4-6度,局地下降6-8度”,结果他把“-”去掉了。这就会造成一个很严重的恐慌,当时这条新闻的被转载率非常高。然后我就去给他洗锅,没有办法。
 
当然,我们做气象编审的工作,被大家问得最多的一个问题,就是“天气预报为什么不准?”是不是说出了在座各位的心声?
 
那么今天我们就聊一聊为什么,跟大家想象中有什么差距。
 
天气预报:用数学的方法来算天
 
首先,我说一说天气预报是什么。
 
我读大学的时候,在学校门口理发,理发小哥跟我说,我觉得学气象学的人一定长得帅,口才好,特别能背书。我问为什么,他说,因为我觉得气象学是一门文科。很不幸,气象学是一门理科。我跟毕导都属于理工男那类人。
 
 
(上图)右边这两张图是我们日常工作中经常遇到的产品图。什么是气象学,其实本质上来说,气象学就是搜集大量的气象数据,比如说气温、气压、空气湿度、风速、风向等等这些数据,搜集回来以后,利用数学的方法去解一个方程,来求解未来天气到底是怎样的一件事情。
 
那么问题来了,如何收集大量天气数据?
 
这件事情听起来好像是两句话就可以解释清楚的,但实际上做起来却是非常复杂的一件事情。它应该分为三个方面,第一块,如何搜集这些数据,我们先看一个短片吧。
 
好,刚才我们看了一个短片,其实就是介绍一下气象卫星。
 
气象卫星就像我们在太空安插着观察地球大气变化的一双眼睛,一共八颗卫星,主要分为两类,一种是极轨卫星,一种是静止卫星。极轨卫星离地球更近,它看得更清楚,但是对于某一个地方,一天只能观察两次。静止卫星,静止在地球上方的某一个位置,可以全天候24小时不间断观测,但是离地球比较远一些。这些年我们在气象卫星上下了很多力气,拍摄能力提高得非常快。
 
 
这张图是极轨卫星,左边就是刚才提到的比较老的星“风云一号A星”拍摄的图片,像什么呢?像大家玩过的红白游戏机,超级马里奥这种,颗粒感非常强烈,并不是很清楚。到现在,最新一颗风云三号D星拍摄雷州半岛的时候,它的海岸线、植被的情况,以及海水的样态就非常清晰了。
 
那么对于静止卫星,大家就更熟悉了。
 
像风云二号早期的时候基本上只能看到中国大陆白茫茫的一片,因为它只能扫描一个平面;到风云四号静止卫星的时候,不仅是平面上覆盖区域广、拍摄非常清晰,还可以同时对大气的垂直方向做一个CT,也就是对于不同层级,我们都可以了解得非常清楚。在一个固定体系当中,通过的水气通量能判断清楚的话,我们就能更清楚地天气的变化。
 
 
右边这张图,大家有没有觉得非常熟悉?这就是微信的开机屏。
 
在风云四号发射成功之前,我们一直用的美国卫星拍摄的图。到后来就替换了这张图,也是证明了我国气象卫星的实力在不断提升。
 
除了我刚才提到的,太空中有无数的眼在观察我们地球大气的变化,在地面上,我们也做了很多工作。
 
 
这三张图大家知道分别是什么吗?第一张图是百叶箱,中间像九寸钉耙一样的是低温器,测地表的温度和湿度,这是我们过去常说的人工观测。
 
我们国家解放初期的时候,全国所有的气象站不足百个,而且只是在中大型的城市,像北京、上海、南京等等大城市才有这样好的气象站。但是到现在,也就是2018年底的时候,我们国家已经拥有了6万多个自动气象站,覆盖95.6%的乡镇,数量、密度达到世界第一的位置。
 
什么是自动站?就是右边这张图,这个站架在那里,就可以自动观测、监测与数据的传输,不需要人操作。这有什么好处呢?有一次,我去青海,在可可西里无人区,我们安装自动站经历了几天的时间,非常辛苦,因为要自备干粮、水分。很难想像,我们再安排气象人员在那样艰苦的环境中去观测。
 
正式有这种自动站的技术以后,我们现在在全国都已经铺开了,可以获得更多、更详尽的气象数据。
  
如果手算,至少需要100个人算半个月才能知道明天的天气是怎样的
 
刚才我聊的是如何搜集这些数据,那么数据搜集来了以后,我们该怎么办呢?
 
这就进入到关键问题,计算结果,也就是我刚才说的解方程的过程。不知道在座的各位,在学生时期是怎样理解方程的。其实气象方程大概是这个样子,我刚才也强调了,我们地面有这么多观测站,它的隔点越密,获取数据就越详细,对计算的要求更高,需要参与的参量和变量更多,因此其实就是个方程套方程的过程。
 
 
这张图左边是我简单列举的动力方程,右边是我当年记下的笔记。计算出一个天气预报的结果是非常难的。难到什么程度?如果以现在我们得到天气预报的标准来看的话,如果想计算,至少需要有一百个人算半个月才能得到明天的天气是什么样子。半个月之后的话,那只能废纸摘要,没有太多的意义。
 
但是现在计算机很牛,算这个东西大概只要几秒钟的时间。我列举了一下,我们高性能计算机发展的一个历史,到现在的时候,我们使用新一代计算系统“派-曙光”计算能够达到八千多万亿次浮点的运算,能力是非常强大,在过去是很难想像的。
 
所以我们现在非常荣幸,我们气象系统一直使用着我们国家最先进的一批高性能计算机。因此我们中国气象局高性能计算机系统总体规模已经达到世界第三,仅次于英国和日本。但是我想说一句,我们其实非常了不起,英国和日本因为国土面积比较小,计算体量比较小,而我们有960万平方公里,达到这个成绩非常不容易。
 
我国现在晴雨预报准确率达87%以上
 
最后得出一个结论,我们我们国家现在的晴雨预报准确率达到87%以上。
 
大家平时的时候通过手机和互联网各种方式捕捉到的天气预报,在72小时也就是三天之内的预报准确率,是非常高的。
 
当然了,87%之后,还有13%的不准。这13%的不准从哪里来的?
 
其实有这么两方面,一个是地面的变量,就是我们经常说的下垫面的影响。如果是广袤的平原,没有动物和人以及其他任何的东西,我们去计算天气情况的时候,相对是比较简单的。但是地表是复杂的,有山川、河流,对大气环流都是有影响的。我们要模拟地表面去建模,本身就是很困难的事。
 
更可怕的是,还有一个可怕的物种,就是人类。其实我们自己每天就在大量排放各种各样的气体,各种各样的污染到空气当中,造成了多少人量的排放,多少污染物的排放,是很难去把控的。在这个时候,准确预测天气的难度,在无形中加入了很多的变量。我们刚才看到方程,又需要列出很多的方程,填补进去,这个难度很大。
 
另外就是时间变量,就是说,当这些不确定性因素不断地叠加,短期内无限接近正确值,时间长了以后,衰减会非常厉害。
 
 
所以,我们平时看天气预报,三天之内很准,一周我们就大概看看趋势。
 
刚才两个方面我们都讲完了,那么天气预报是不是就百分之百OK呢?
 
公众对气象的认知还远不及世界发达国家水平
 
其实还有一方面,就是需要引导公众对于气象这一门自然科学的认知,我们国家和发达国家还是有差距的。
 
举个例子,比如像美国,是龙卷风之乡。大家都知道,美国龙卷风非常多,美国对于龙卷风的预报能力很有限,准确率也就10%-20%的水平。但是公众收到龙卷风预报预警的时候,他们会第一时间躲入地窖去躲避,预警解除以后就出来了。至于这个龙卷风是不是真的出现,他们并不是特别在乎,因为在地窖里面可以好吃好喝。
 
在中国是什么情况呢?我们说明天要暴雨,停课,大家都回去休息了,结果第二天可能降雨没有出现得那么强,第三天这个市长可能就要找气象局问责了。“你们报告到底什么东西,到底准不准”,整个舆论就开始铺天盖地地说气象局撒谎。
 
所以说,我们公众对灾害的认知并不强。
 
比如前一段时间我们经历过的台风山竹,大家对台风山竹认识不够强,各种耍酷、搞笑言论也都有,实际上山竹威力非常强。有一个名词大家可能都听过,叫“侏罗纪深圳”,就是整个深圳市的树都被刮倒了,上班的路根本走不了,但是大家之前并不在意这件事情,这就是认知的差异。
 
卡赞:“我有责任成为一名追风者”
 
于是我觉得自己有责任去干一件事情,就是成为一名追风者,用我的肉体去帮大家体验风雨。我人生中经历过最强的台风,是菲特,它当时登陆福建最北端。这是当时我在风雨中拍的一张照片,比较惨。
 
 
当然我们追风肯定要专业一些,带一些装备。
 
我今天也带了一个装备。就是我手中的测风仪,能在风经过以后录得风速,也能捕获其他气象要素,比如温度、湿度。
 
我当时就是拿着这个仪器,录的39秒米的风力。不知道大家对这个东西有没有概念,很多朋友见过风力等级表,最大是12级,陆地上很少见,后面是这么一句备注。39秒米比这个还要大,达到13级。我当时怎么录的呢?背后是墙,这只手伸到外面,这样录的。因为我人已经被这个风吹得,顶在墙上动不了,我没有被吹走已经算是幸运的了。所以说追风这个经历让我深深明白了这个灾害的影响,通过电视屏幕也让更多人了解到这种灾害的危险性。
 
这里我展示了一些我的装备,上面是冲锋衣,下面是短裤,那个是凉鞋,在那个风雨中我的内裤湿透了只需要一分钟。
 
 
跟死神擦肩而过的故事
 
这个故事还是因为那个台风“菲特”。
 
当时我在做一个电视的直播,我是迎风面,摄像师是背风。当时像这么大的铁皮物从远处飞过来,我下意识把摄像师掰开,这个东西劈到旁边这个树,树大概这么粗,直接劈断了。这个东西要是劈到我俩身上,我俩估计完蛋了!
 
但是我当时并不以为然,第二天台风消退了以后,我们出门才发现,整个苍南县都全淹了,大部分的树都折断了。在风雨当中多待一段时间,一块铁皮不行,来十块,来一百块,我估计我也完蛋了。
 
刚才提到的台风“菲特”最后被除名了,很多朋友会说,这台风影响这么强,为什么会被除名呢?其实,除名这个概念是指这个台风影响非常大,受灾非常严重,我们就把它除名,用来特指那一年的台风,引起公众们的重视,以及对台风防灾减灾的注意力。
 
 
除名这个概念怎么来的呢?因为有14个国家和地区是台风委员会的成员,每个地方提供10个名字,列出来140个台风名字的表,轮流往下走,所以说有的台风名字过了五六年又出现了,是这个名字在循环用。
 
在气象领域,中国是“发达国家”
 
当然很遗憾,什么时候给台风命名,什么时候标号,这个权利掌握在日本人手中,因为我们当时科技水平不如人家。当然这些年,我们台风预报水平不断提升,误差率已经低于70公里,已经达到世界先进水平。同时提前三天预警,过去在六七十年代,一个台风过来,在我国东南沿海会死几千人,现在很多台风来了基本上是零死亡率,所有的船只和人员都会得到安全的处置。
 
包括前面提到的气象卫星,像台风的监测,包括我们自身预报的水平都在提升。现在,我们已经开始领导世界上其他的国家,有93个国家和地区,100多个行业,2000多家用户都在使用我们的数据,来为自己提供服务。
 
在2017年5月份,我们中国气象局,也被认定为世界气象中心,这是非常了不起的成就。因为在发展中国家里面,我们是唯一一个拥有这个称号的。也许在别的领域里,我们和发达国家有很大的差距,但至少在气象领域里,我们已经和发达国家在一个横列当中。
 
回顾一下我刚才说的内容,就是三个方面,收集数据、计算数据,以及公众的科学认知。
 
是不是做完这三个方面就已经OK了?其实远远没有,新的挑战还有很多,特别像现在气候变化的影响,对于我们社会公众来说非常大。比如说全球在变暖,冰川在消融,海平面在上升,另外极端天气气候事件越来越多,比如暴雨、台风频发,受灾的强度越来越大,像很多人吐槽为什么北京不下雪。
 
所以,这些东西对于我们来说都是挑战,我们自身要不断修炼内功,不断努力提高自身的预告技术,目的还是为了更好地保护咱们大家的生活。
 
回到刚才主持人介绍的那句话,纵然天有不测风云,不会因为天气影响生活和您的计划。谢谢大家。
 

 



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