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        少年氣象科學(xué)家養(yǎng)成記

        2023-03-17 15:54:59王富
        知識就是力量 2023年3期
        關(guān)鍵詞:超級計(jì)算機(jī)天氣預(yù)報(bào)獨(dú)立思考

        氣象工作者在寒冷的北極村建成的國家氣象站(攝影/莊白羽)

        我生長在江南,家鄉(xiāng)的天氣給我留下了深刻印象。

        每年五六月份的梅雨季,天總是陰沉沉的,還不時下場毛毛雨。細(xì)雨落在我的臉上,柔柔綿綿的,這讓我養(yǎng)成了下小雨不打傘的習(xí)慣。

        到了七八月份,天氣一下子變得悶熱起來,只有午后的暴雨和偶爾登陸的臺風(fēng)能夠給酷暑按個“暫停鍵”。而臺風(fēng)讓我早早就見識了自然災(zāi)害的破壞力——狂風(fēng)驟雨、電閃雷鳴,滿地瓦片和被刮倒的大樹……

        后來,我開始通過天氣預(yù)報(bào)了解天氣。晚飯時,一家人圍坐在一起,邊吃飯邊聽天氣預(yù)報(bào)。預(yù)報(bào)有雨,出門時,我會帶傘;預(yù)報(bào)有臺風(fēng),我會閉門不出。有時,我會不由自主地哼出天氣預(yù)報(bào)的背景音樂,但直到上大學(xué)后,我才知道那首曲子叫《漁舟唱晚》。也是從那時起,我漸漸對天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)生了濃厚的興趣,我很好奇,預(yù)測未來天氣是怎么做到的。

        懷著對天氣預(yù)報(bào)的好奇,我來到中國氣象局學(xué)習(xí)和從事數(shù)值天氣預(yù)報(bào)工作,嘗試揭開天氣預(yù)報(bào)的神秘面紗。

        作為現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)的核心技術(shù),數(shù)值天氣預(yù)報(bào)是一個數(shù)學(xué)、物理和計(jì)算機(jī)等多學(xué)科交叉的領(lǐng)域。它是根據(jù)現(xiàn)在的大氣狀態(tài),利用超級計(jì)算機(jī)模擬出未來的大氣狀態(tài),也可以認(rèn)為是“虛擬現(xiàn)實(shí)”版的地球大氣。

        這其中,首先是要認(rèn)識大氣中各種物理、化學(xué)過程的規(guī)律;其次,要掌握能描述這些過程的數(shù)學(xué)方程組以及求解方程的數(shù)學(xué)工具;最后,是將其改寫成計(jì)算機(jī)語言,通過超級計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)對未來天氣的預(yù)測。

        氣象工作者在西藏建設(shè)觀測站(供圖/王富)

        現(xiàn)階段,中國業(yè)務(wù)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)能力已達(dá)到8天左右,與國際最先進(jìn)水平相差0.5天左右。趕超國際最先進(jìn)水平是我們未來努力的方向,但達(dá)成這一目標(biāo)的前提是不斷探索、勇于創(chuàng)新,熟練掌握和運(yùn)用交叉學(xué)科知識。

        氣象,是一門基于觀測的學(xué)科,天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性取決于我們對大氣狀態(tài)及其變化觀察得是否準(zhǔn)確、及時、全面。認(rèn)真觀察也是分析和歸納大氣過程新規(guī)律的第一步,而獨(dú)立思考則是我們成為氣象科學(xué)家的基本素養(yǎng)之一。

        要如何做到認(rèn)真觀察、獨(dú)立思考呢?在這里給讀者推薦“四步學(xué)習(xí)法”:

        (1)明確問題含義,例如要回答“如何提高數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的預(yù)報(bào)能力”這個問題,就要明白數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和預(yù)報(bào)能力的定義;

        (2)查閱請教答案,通過閱讀書本和請教老師、同學(xué),明確是否有答案,“是”則回到第(1)步,“否”則進(jìn)入第(3)步;

        (3)尋找解決方法,通過類比或歸納,嘗試用不同的方法回答這一問題;找到方法則進(jìn)入第(4)步,如果沒有合適的方法或證明問題無解,則回到第(1)步,思考在問題含義的理解上是否存在偏差;

        (4)推導(dǎo)和檢驗(yàn),如果檢驗(yàn)錯誤,則回到第(3)步,尋找新的方法;如果檢驗(yàn)正確,則回到第(1)步,思考一個新的問題。

        這個方法簡單、直接又具有可操作性,它準(zhǔn)確描述了我們從學(xué)習(xí)向研究轉(zhuǎn)變的過程。通過第(1)(-2)-(3)步的循環(huán)來學(xué)習(xí)知識的過程,讓我們更能體會到完成第(4)步時的喜悅。

        近年來,數(shù)值天氣預(yù)報(bào)在中國天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中發(fā)揮了重要作用。而要實(shí)現(xiàn)天氣的精準(zhǔn)預(yù)報(bào),特別是提升災(zāi)害性、高影響天氣的預(yù)報(bào)能力,還需要我們充分發(fā)揮自身學(xué)習(xí)的積極性,認(rèn)真觀察、獨(dú)立思考。

        如果你也對氣象感興趣,不妨從學(xué)好基礎(chǔ)知識做起。在未來,讓我們一起觀云識天,探索大氣的“喜怒哀樂”吧!

        (責(zé)任編輯/高琳 美術(shù)編輯/周游)

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