幾場秋雨下過，全國多地陸續進入了秋高氣爽的金秋時節，如今正是外出郊游、登高賞秋的絕佳時期。
秋季雖然氣候宜人，卻也暗藏變數，一場大風便可以讓氣溫“一秒入冬”。出行前，打開手機中的天氣預報軟件查看一下天氣，已經成為人們出行前的必備環節。只需輕輕滑動頁面，近至隨后幾個小時、遠至十余天后的天氣狀況，都盡在掌握。
在這些人們能看到的氣溫、降水量、風力等天氣數據背后，還有人們看不到的氣象“黑科技”。這些不斷發展的氣象科技手段，正在悄悄地改變著天氣預報。
把氣象數據放進“榨汁機”里
在天氣預報領域，有一個看似是常識，但卻很容易被大眾忽視的事情：天氣預報雖然是對未來天氣的預報，但預報的基礎是監測當下的天氣。
國家氣象中心天氣預報技術研發室副主任曹勇告訴科技日報記者，所有對于未來天氣的預測都要從當下的天氣情況出發，準確收集當下的天氣數據是天氣預報工作的第一步。收集數據需要依賴各類氣象觀測設施，比如人們在公園、草坪等戶外場所經常能看到的百葉箱，就是最常見的地面氣象觀測設施之一——自動氣象站。要想天氣預報準確，氣象觀測設施就要布置得足夠密集。
曹勇告訴記者，僅北京便大約分布了500個自動氣象站，收集來自城市各個角落的風速、風向、空氣濕度等氣象信息。除了常見的自動氣象站，氣象觀測設施還有放飛的探空氣球、飛翔在我們頭頂上空的氣象衛星以及部署在眾多城市的天氣雷達等。
有了原始的氣象觀測數據，如何利用這些數據得出預測結果，是天氣預報中的關鍵問題。
“很早以前，我們用的是外推法，就是根據氣象演變在短時間內具有一定連續性的原則，通過把當前的天氣趨勢外延一段時間，進而得出預報結果。”曹勇表示，外推法的預報精準度往往較為有限，如今要實現更加精確的天氣預報就要依賴超級計算機和預報模型。
“原始的氣象數據就像是原材料，超級計算機和預報模型就像是‘榨汁機’。我們把原材料全都投入到‘榨汁機’中，經過大量的計算去偽存真、去粗存精。在經過精準推演后，我們就能得到一個相對精確的預報結果。”但曹勇也表示，即使是超級計算機也存在一定的誤差，這時就需要發揮預報員的關鍵性作用。他們會依據長期以來積累的預報經驗對輸出結果進行調整，從而使天氣預報更加精準。
百米級、分鐘級預報成為現實
在2022年北京冬奧會延慶賽區開賽的第一天，比賽還未正式開始，天氣預報服務團隊就面臨了一次考驗——判斷現場風速是否適宜比賽。經過謹慎研判，該團隊最終對未來天氣給出了判斷：當天中午到下午賽道上的風速較大，第二天風速會明顯減小。工作人員基于這一信息，決定將當日的比賽調到次日舉行。事后觀測表明，當天下午的天氣情況果然與預報結果一致。
曹勇告訴記者，目前我國能夠實現的氣象預報精度在部分地區可以達到公里級甚至百米級，而在時間尺度上則可以實現分鐘級預測。
“比如，在2022年北京冬奧會舉辦期間，我們的氣象預報團隊可以準確給出賽場范圍內精確到分鐘級的，涵蓋氣溫、濕度、風速等關鍵信息的天氣預報。”曹勇表示，要實現如此高精度的氣象預報，首先就要在監測上下功夫：要提升監測密度、進行加密監測。這是精細預報的基礎，2022年北京冬奧會的三個賽區就布置了400多套氣象觀測設施。
要實現高精度的天氣預報，不僅數據要更加豐富、準確，用來進行計算預測的“榨汁機”也要足夠“高精尖”。
“如果我們希望對某一個局部地區進行高精度的天氣預報，那么我們就可以針對這一區域的實際情況，單獨搭建一個更加精密且貼合區域實際特點的預測模型，這樣就會得出更加準確的結果。當然，這需要氣象觀測團隊、預報團隊以及研發團隊之間的密切合作。”曹勇表示。
高精度的天氣預測，絕不是重大賽事活動的專屬，它也在逐步走進你我的日常生活。智能網格預報，就是這樣的產品。
曹勇介紹，過去的天氣預報產品主要以站點預報為主，比如北京市的天氣情況就只用幾個站點的天氣來代表，這對于地域范圍較大的城市來說顯然不全面。“有時候可能海淀區在下雨，朝陽區卻沒下。如果僅用幾個站點來代表整個北京的天氣情況，大家就會覺得我們的預報不準。”曹勇說。
他進一步解釋道，智能網格預報是將城市劃分為一個個更加細密的網格，每個網格都有單獨的天氣預報結果。當人們攜帶智能手機進入到不同網格時，手機便會接收到關于這一網格內的天氣情況，其預測精度相比過去的站點預報得到了較大程度的提升。
每部手機都是一個微型氣象站
從過去守在電視機前觀看天氣預報節目，到如今在手機上隨時隨地查看任一時間的天氣狀況，天氣預報技術每一次的進步背后，都離不開多種“硬核”觀測科技手段的有力支撐。
曹勇表示，近年來我國的氣象觀測技術有了顯著提升，比如在2016年發射的風云四號氣象衛星就大大提升了我國的氣象觀測能力。風云四號衛星目前共有A星、B星兩顆星在軌運行，曹勇介紹道，風云四號B星的觀測分辨率已經可以達到百米級，它甚至能夠“看”清楚云層中的對流泡。
不僅觀測分辨率大幅提升，過去風云二號衛星傳回一張衛星云圖需要半個小時，如今的風云四號A星則只需要5分鐘，甚至在觀測重點局部地區時可以實現1分鐘傳回一張圖。
“借助風云四號，我們可以密集獲得衛星云圖，將這些圖片連起來看，就像是看高幀率的電影，非常流暢。”曹勇表示，目前我國的氣象衛星已經處于國際領先水平，進入與該領域領先國家“并跑”的階段。
不僅氣象衛星技術實現跨越式發展，我國的天氣雷達也正在進行全新的技術升級改造。天氣雷達通過發射電磁波照射大氣中的水粒子，能夠實現對雷暴、大風、冰雹等強對流天氣的精準預測。
曹勇介紹，目前我國已部署了200余部天氣雷達，單部雷達的有效觀測半徑能夠達到200多公里，在我國人口密集的中東部地區已基本實現無死角覆蓋。當前，氣象部門正在對現有的天氣雷達進行雙偏振改造，經過改造的雙偏振天氣雷達，能夠更加準確地描述降水粒子的尺寸和形狀、降水類型及分布情況，更好地識別氣象回波，濾除異常回波，將有效提高對雷暴大風、暴雨、冰雹等災害性天氣的監測預警能力。
除了這些“硬核”的觀測手段，曹勇還提到，如今氣象觀測中還出現了一個新分支——社會化氣象觀測。
“每個人的手機中都有可測量氣壓、溫濕度的設備，每部手機就相當于一個微型氣象站，可以用來收集氣象數據。”曹勇認為，雖然手機收集的數據可能相對“粗糙”，但其優勢在于量大。未來隨著機器學習、人工智能等技術被越來越多地應用到氣象預測中，社會化氣象觀測所產生的龐大數據，或許能成為預測模型數據來源的有力補充，為實現更加智能化、精準化的天氣預報提供有效支撐。(都芃)
