为什么无法通过计算准确预测 14 天后会发生的天气?

计算科学 计算物理学
2021-12-02 20:46:54

根据维基百科,科学家们未能成功准确地预测是否提前 2 周。这是摘录:

大气是一个混沌系统,因此,系统某一部分的微小变化可能会对整个系统产生巨大影响。这使得提前几天以上准确预测天气变得困难,尽管天气预报员不断努力通过对天气、气象学的科学研究来扩大这一限制。从理论上讲,提前两周以上做出有用的日常预测是不可能的,这对提高预测技能的潜力施加了上限

2个回答

除了克里斯的回答:

是的,天气(或描述天气的方程式)对初始条件极为敏感。天气系统包含几乎所有时间和空间尺度的现象(请查看这些注释的图 1.1 和 1.2 中的一些示例)这一事实并没有使预测变得更容易。此外,“天气”(在各种尺度上)取决于一大堆其他行星系统(海洋、陆基过程等),这些系统具有自己的模型和观测不确定性:

https://www.nature.com/nature/journal/v525/n7567/full/nature14956.html的图2

图取自Bauer 等人,Nature,2015 年,显示“对天气预报重要的物理过程”。

也就是说,在过去的几十年中取得了重大进展,运营天气预报社区中的人们(至少是ECMWF的人们,他们在天气预报方面确实处于领先地位)指的是这个展示这些改进的图表:

在热带北半球和南半球计算的 3、5、7 和 10 天范围内的预报技能测量。

上图来自Bauer 等人,Nature,2015 年,显示了对温带北半球 (NH) 和南半球(它们的标题)。

该图显示的是,在过去 3 年中,预测技能一直在稳步提高,其中一些主要的性能“颠簸”带来了

  • 卫星(星载)测量的出现,显着缩小了南半球和北半球之间的差距(SH 的陆基/海上观测网络比其北部对应的网络要稀疏得多)。
  • 引入概率(基于集合)天气预报框架

例如,10 天的预测质量与 30 年前的 7 天预测的质量相同,因此您可以说我们每 10 年上升一天 :)

因此,一方面,我认为没有硬的物理障碍(嘘,洛伦兹!)不允许/不允许我们提前 14 天或 20 天或 25 天预测天气。只是我们缺乏 (1) 对天气系统的足够了解 (2) 以足够高的分辨率模拟天气的计算能力 (3) 约束现有 3D/4D-var 和集合预报系统的高质量观​​测数据.

在混沌系统中,错误呈指数增长,大多数人认为天气是混沌的。因此,即使您获得了相当精确的数值近似值,您的输入数据(温度等)和您的模型与现实略有偏差的事实也会导致结果随着时间的推移与现实呈指数级偏离。因此长时间的天气预报是极其困难的!