【FM3.14】数学世界|天气预报为什么会出错呢?

作者: 时间:2021-05-30 点击数:

 


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FM(Frequency Modulation)代表调频

3.14则是圆周率π

欢迎来到FM3.14,今天3044am永利集团们向大家介绍——天气预报

唯有数学,是吾所爱。

3044am永利集团们常常说天有不测风雨,这到底是怎么回事呢?这就要涉及到今天3044am永利集团们的主人公——天气预报。在3044am永利集团们的生活中,天气预报是3044am永利集团们必不可少的一部分。但是,在科技发达的今天,对于天气的预报往往也会出错,这是为什么呢?

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这就需要3044am永利集团们了解下天气预报的前世今生了

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01PART
天气预报的前世

其实,中国从古时候开始,便对天气产生了浓厚的兴趣。《易经》的天气占卜,孔明借东风,关羽利用暴雨洪水水淹七军……天气无时无刻不在影响着3044am永利集团们的工作、休息和举动,那么人们又是怎么预测天气的呢?要知道,“预测天气预测准天气完全是两码事。”

古人在辛勤的劳作中,总结出了判断天气的方法。首先,是结合节气——一年的二十四节气,在根据自己对天气的一些经验,然后总结出一定的天气变化规律。据史料显示,在汉代的时候,人们开始试着使用一些科学的方法来预测天气了。比如,元末明初的时候娄元礼在《田家五行》一书中提到,如果质量很好的干洁弦线,忽然自动松动了,是因为琴床潮湿的缘故。出现这种现象,预示着天将阴雨。

由此可见,古人在天气预测方面有一定的智慧,虽然有些方法不尽科学,而且准确率相对较低,但这充分反映了古人的智慧与努力。说明在那个时候人们就可以利用一些自然事物,如琴弦感应湿度来预测晴雨的天气状况了。

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02PART
天气预报的今生
 

其实现在的天气预报是计算机“算”出来的。天气预报员先用计算机解出描述天气演变的方程组,“算”出未来天气;再通过分析天气图、气象卫星资料等,结合积累的经验,做出未来3天至5天的具体天气预报。

要把数值天气预报需要的数学方程组合求解出来,是件十分费劲的事。英国数学家里查逊写了《利用数值方法做天气预报》一书,讲述计算的过程。为求得准确的数据,他在1916年至1918年组织大量人力进行了第一次数值预报尝试。这一次的预报计算,许多人用手摇计算机进行了12个月才完成——要得到未来24小时的预报,如果一个人日夜不停地进行计算,需要算6.4万天,也就是175年。也就是说,想跟上变化多端的天气,需要一个6.4万人一块儿工作的计算工厂,才能把24小时的天气预报计算出来。

在里查逊开展这一实验后的第20个年头,世界上第一台电子计算机问世。1950年,美国科学家第一次成功做出了500百帕天气形势的36小时预报。从那以后,一些国家相继将这一先进的天气预报方法——数值预报引入到实际业务中。



但是尽管如此,天气预报偶尔也会出现一些差错。

 

 

这涉及到一个数学定义——“混沌”,即“对初始值的极端不稳定性”。常见的“蝴蝶效应"就是混沌的一种现象。

在正常情况下,全局性的天气模式基本上遵循着某些已知的合理进程,通过若干种不同的模拟方式,根据略有差异的初始条件,天气预报工作者就能推测未来的天气变化。

然而,天气是由一系列复杂因素的组合而成的。初始条件的微小变化会使预报结果差异很大,这时,天气已经进入了混沌区域,预报的时间越长,到达混沌点的可能性就越大,于是,天气预报的准确率就越不好把握。

你觉得有意思吗?生活是丰富多彩的,细心观察,3044am永利集团们就会发现生活中有许多有趣的数学问题。请记住:生活中处处都有数学,需要3044am永利集团们去观察和发现。

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编  辑|李沛苇

责  编|林盛豪

指导老师|曲俊华

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