氣象學(xué)·地球 | 為什么天氣預(yù)報(bào)報(bào)不準(zhǔn)砍艾？
徐來
2017-10-17
世界好大蒂教，奇妙的事情每天都有，我們一起去發(fā)現(xiàn)吧脆荷！
氣象學(xué)·地球 | 為什么天氣預(yù)報(bào)報(bào)不準(zhǔn)凝垛？
| 暖爸型轉(zhuǎn)述師 | ：金北平
徐來
今天，我先猜一個(gè)情況蜓谋，在你們家里梦皮，一定有一個(gè)人特別喜歡看“天氣預(yù)報(bào)”。而且是中央電視臺(tái)《新聞聯(lián)播》結(jié)束后的那個(gè)天氣預(yù)報(bào)桃焕。每天晚上七點(diǎn)半剑肯，跟上了鬧鐘似的，到點(diǎn)兒就必須開電視观堂，看天氣預(yù)報(bào)让网，而且還得全部看完。
我沒說錯(cuò)吧师痕？你家里一定有一個(gè)人寂祥，特別喜歡這樣做吧——你問我為什么猜得這么準(zhǔn)，那是因?yàn)槲壹乙彩且粯悠叨担羞@樣一個(gè)人唄。
在幾十年前福扬，大家不像是現(xiàn)在腕铸，很容易就可以通過各種途徑得到天氣信息惜犀，大家能看到的天氣預(yù)報(bào)不多，而這些天氣預(yù)報(bào)里狠裹，又以中央臺(tái)這一個(gè)虽界，顯得最正式、最權(quán)威涛菠，所以莉御，很多老年人都養(yǎng)成了必須要看這個(gè)天氣預(yù)報(bào)的習(xí)慣。
但是看多了俗冻，你或許也發(fā)現(xiàn)了礁叔，即便是最權(quán)威的天氣預(yù)報(bào)，其實(shí)也并不是非常準(zhǔn)確的迄薄，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)它報(bào)晴天琅关，結(jié)果下雨，它報(bào)下雨讥蔽，結(jié)果多云的情況涣易。哪怕是最愛看天氣預(yù)報(bào)的那位，也經(jīng)常會(huì)發(fā)出類似的抱怨：天氣預(yù)報(bào)為什么總是報(bào)不準(zhǔn)呢冶伞？
天氣預(yù)報(bào)是怎么做的新症？
要回答標(biāo)題里的這個(gè)問題，就得先弄清楚响禽，天氣預(yù)報(bào)是怎么做的徒爹。
你一定聽說過很多的和天氣有關(guān)的諺語、俗語金抡。比如說瀑焦，有這么一句“朝霞不出門，晚霞行千里”梗肝，意思是說榛瓮，如果早上你能看到朝霞，那天你就別出門兒了巫击，因?yàn)闀?huì)下雨禀晓；如果傍晚看到晚霞，那預(yù)示著接下來會(huì)是好天氣坝锰，適合出遠(yuǎn)門粹懒。
這些俗語諺語，看上去說得都頭頭是道的顷级，但是你如果有心凫乖，專門記錄一段時(shí)間就會(huì)發(fā)現(xiàn)，它們說得也是有時(shí)候準(zhǔn)，有時(shí)候不準(zhǔn)帽芽。這個(gè)倒不難理解删掀，因?yàn)?這些關(guān)于天氣的俗語、諺語导街，都是古人觀察生活之后披泪，歸納總結(jié)出來的經(jīng)驗(yàn)，不能算是依據(jù)搬瑰。
天氣預(yù)報(bào)一開始也是依靠歸納總結(jié)款票。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)泽论，某一個(gè)時(shí)間的天氣艾少，總是會(huì)受到一系列因素的影響，比如風(fēng)的大小佩厚、速度姆钉，云的數(shù)量，空氣的溫度抄瓦、濕度等等潮瓶。每一種因素，又會(huì)受到其他因素的牽制钙姊，比如云的數(shù)量就受到風(fēng)的限制毯辅，風(fēng)的大小又受到空氣溫度的影響……然后，各種因素彼此縱橫交錯(cuò)煞额，構(gòu)成了一個(gè)非常非常復(fù)雜的系統(tǒng)思恐。所以，他們會(huì)去通過各種方法膊毁，測(cè)量這些因素的數(shù)據(jù)胀莹。
但是測(cè)量到數(shù)據(jù)之后該怎么辦呢？幸好婚温，科學(xué)家們從很早以前就開始記錄各個(gè)地方的天氣了描焰。有些連續(xù)的天氣記錄長(zhǎng)達(dá)幾百年時(shí)間。通過這些記錄栅螟，科學(xué)家們可以大致總結(jié)出各種因素對(duì)天氣情況的影響如何荆秦。然后，他們建立了一個(gè)巨大的數(shù)學(xué)模型力图，把相應(yīng)的數(shù)據(jù)放進(jìn)去之后步绸，就能計(jì)算出接下來的天氣情況了。
你能分清楚這些符號(hào)代表的天氣情況嗎吃媒？
計(jì)算機(jī)可以得到精確的預(yù)測(cè)結(jié)果嗎瓤介？
那些歸納總結(jié)天氣情況的人吕喘，被稱為氣象學(xué)家。最初刑桑，氣象學(xué)家們只能靠自己的手兽泄，借助紙筆來統(tǒng)計(jì)過去的天氣情況，推算未來的天氣走向漾月。結(jié)果準(zhǔn)不準(zhǔn)，很大程度上也得看運(yùn)氣胃珍。
后來梁肿，馮諾依曼——還記得嗎？我給你講過馮諾依曼的故事觅彰，那個(gè)穿衣服特別講究的吩蔑、很有錢的科學(xué)家，他制造了世界上第一臺(tái)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)填抬。計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力非常強(qiáng)烛芬，能夠處理相當(dāng)復(fù)雜的任務(wù)，比用紙和筆來運(yùn)算的人類要快得多飒责，也強(qiáng)大得多赘娄。
很快，計(jì)算機(jī)就被用到了各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中宏蛉，其中就包括氣象工作遣臼。大家發(fā)現(xiàn)，這個(gè)家伙算得可比人算得準(zhǔn)多了拾并，也快多了揍堰。所以，那個(gè)時(shí)候嗅义，氣象學(xué)家們都是信心滿滿的屏歹。他們相信，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力會(huì)越來越強(qiáng)之碗，借助這種運(yùn)算能力蝙眶，天氣預(yù)報(bào)也會(huì)越來越準(zhǔn)確——最終將會(huì)達(dá)到永遠(yuǎn)準(zhǔn)確，不犯錯(cuò)誤的程度继控。
可就在這個(gè)時(shí)候械馆，有一位氣象學(xué)家突然站起來說，不對(duì)霹崎，不是這樣的！這位氣象學(xué)家叫愛德華·洛倫茨冶忱。
洛倫茨，一開始也是信心滿滿的用計(jì)算機(jī)做天氣預(yù)報(bào)。他設(shè)計(jì)了幾個(gè)和天氣預(yù)報(bào)有關(guān)的數(shù)學(xué)方程劳淆，然后嘗試用計(jì)算機(jī)去求取結(jié)果。有一天默赂，他正開著計(jì)算機(jī)運(yùn)算，忽然覺得有點(diǎn)兒累缆八，想著去泡個(gè)咖啡喝。于是奈辰，他暫停了計(jì)算栏妖，把當(dāng)時(shí)計(jì)算的結(jié)果記錄了下來。然后奖恰，又將這些結(jié)果重新放進(jìn)公式里吊趾，繼續(xù)跑數(shù)據(jù)，自己就泡咖啡去了瑟啃。等喝完一杯咖啡论泛，他重新回到電腦前，看到顯示的結(jié)果大吃了一驚翰守。
他發(fā)現(xiàn)孵奶，這一次的計(jì)算結(jié)果，跟之前的歷次計(jì)算都不一樣蜡峰，偏離了好多了袁。接下來，洛倫茨驗(yàn)算了好多次湿颅，可結(jié)果還是一樣载绿。他都開始擔(dān)心，是不是計(jì)算機(jī)壞了油航？
什么是蝴蝶效應(yīng)崭庸？
洛倫茨沒有放棄。他認(rèn)真地思考了一下這個(gè)問題谊囚，終于明白了怕享，計(jì)算機(jī)沒有壞，壞是壞在他中斷計(jì)算的時(shí)候镰踏，抄下來的那幾個(gè)數(shù)字上函筋。原來，問題出在小數(shù)上奠伪。你學(xué)過小數(shù)的概念了吧跌帐？比0大一點(diǎn)兒首懈，比1小一點(diǎn)兒就是小數(shù)。本來谨敛，計(jì)算機(jī)運(yùn)行那個(gè)公式的時(shí)候究履，會(huì)把運(yùn)算結(jié)果精確到小數(shù)點(diǎn)之后6位。但是顯示的時(shí)候脸狸，為了節(jié)省地方最仑，只顯示3位。所以炊甲，實(shí)際結(jié)果和洛倫茨記錄的結(jié)果盯仪，不完全一樣，差了那么很小很小的一丟丟蜜葱。
雖然只是很小的一丟丟，但是把這個(gè)數(shù)據(jù)再次代入公式之后耀石，計(jì)算出來的結(jié)果卻差了許多許多牵囤。看起來是很細(xì)微的差別滞伟，但最終卻影響了結(jié)果揭鳞。這個(gè)事兒給洛倫茨帶來很大的啟發(fā)梆奈，他想，誒乓梨，咱們計(jì)算天氣的時(shí)候會(huì)不會(huì)也是這樣清酥，很多數(shù)據(jù)，只有非常小的差異臭觉，但是預(yù)測(cè)的結(jié)果卻差別很大蝠筑。
洛倫茨把這個(gè)想法寫成了一篇論文——當(dāng)然揩懒，這只是一篇非常非常枯燥的數(shù)學(xué)論文稳强。只不過，他打了個(gè)比方退疫，來說明自己的這個(gè)發(fā)現(xiàn)褒繁，他說：一只普通的海鷗，撲騰了一下翅膀燕差，為空氣增加了一個(gè)變量坝冕，但是這個(gè)變量可能造成一系列后果，并給天氣帶來巨大變化测暗。
幾年之后碗啄，他參加一個(gè)學(xué)術(shù)會(huì)議稳摄，然后在這個(gè)會(huì)議上做了一個(gè)演講。在演講的時(shí)候胆描，洛倫茨把這個(gè)比喻改動(dòng)了一下仗阅，他說： 一只蝴蝶在巴西扇動(dòng)了一下翅膀，就有可能在美國(guó)引起了一場(chǎng)風(fēng)暴剧蚣。這就是我們熟知的“蝴蝶效應(yīng)”
這個(gè)比喻太成功了旋廷，讓所有人都記住了洛倫茨的發(fā)現(xiàn)∪牡猓現(xiàn)在，大家都會(huì)用“ 蝴蝶效應(yīng) ”（Butterfly effect）這個(gè)詞來描述扎运，一件微小的事物饮戳，有可能引起一系列連鎖反應(yīng)并且導(dǎo)致嚴(yán)重的后果扯罐。
不過要注意烦衣，如果你真的完全這樣理解“蝴蝶效應(yīng)”，有可能是曲解了洛倫茨最初的意思秸歧。因?yàn)槁鍌惔钠鋵?shí)只是在說明“天氣預(yù)報(bào)為什么會(huì)不準(zhǔn)確”键菱，因?yàn)樵谝粋€(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)當(dāng)中今布，想要預(yù)測(cè)一個(gè)小變化造成的影響，其實(shí)是不可能的。
博物學(xué)家養(yǎng)成記
今天我們講了“蝴蝶效應(yīng)”玖喘，它是用來解釋為什么天氣預(yù)報(bào)總是不太準(zhǔn)確的。實(shí)際上贬派，有很多用動(dòng)物的名字來命名的各種效應(yīng)澎媒，除了“蝴蝶效應(yīng)”之外，你還知道哪些呢请敦？如果知道侍筛，在留言區(qū)和大家一起分享吧撒穷。
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今天我們學(xué)習(xí)了3個(gè)知識(shí)點(diǎn)：
天氣預(yù)報(bào)要使用到前人關(guān)于天氣的各種記錄，在此基礎(chǔ)上建立預(yù)報(bào)模型望蜡，然后準(zhǔn)確測(cè)量各種天氣數(shù)據(jù)脖律，再把數(shù)據(jù)代入模型，才能得出芦疏；
美國(guó)氣象學(xué)家洛倫茨因?yàn)橐淮闻既坏耐祽兴彳睿l(fā)現(xiàn)代入數(shù)學(xué)公式的數(shù)據(jù)兢交，只要有非常非常微小的差異就會(huì)導(dǎo)致運(yùn)算結(jié)果的巨大偏差；
洛倫茨用“蝴蝶扇動(dòng)翅膀”作為比喻酪穿，來說明細(xì)小變化對(duì)結(jié)果產(chǎn)生的影響被济，并被后人稱為“蝴蝶效應(yīng)”。
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徐來
今天喳瓣，是博物學(xué)陪伴你的第 189 天赞别，恭喜你，又收集了一個(gè)新知識(shí)仿滔！下一期我們繼續(xù)研究犹芹。
