天气预报也有尺度?

作者: 思空

来源: 石头科普工作室

发布日期: 2021-10-05 18:10:57

本文讨论了天气预报中的尺度问题,包括不同尺度天气系统的特征和预报难度。大尺度系统如台风影响范围广、持续时间长,相对容易预报;而小尺度系统如龙卷风影响范围小、持续时间短,预报难度大。文章还介绍了水平尺度和竖直尺度的概念,以及不同尺度系统的时间尺度差异。

一个龙卷风,突然形成,快速移动,所过之处房屋被破坏,树木连根拔起,有时甚至会造成人员伤亡,但是持续时间常常只有几个小时左右,影响范围也非常有限。一个台风,逐渐形成、增强,移动速度一般不超过小汽车的行驶速度,有时候连跑步的速度比不上,但是中心的风力却可以达到高铁的速度。它可以延展上千公里,影响的区域可以超过几个省的面积,并且持续时间很长,有的海上台风可以持续一个月之久。

特大暴雨突降郑州市区,我们很难做到时间和空间上预报的精准,灾难降临时仍会令人措手不及;而对于台风“烟花”,早在台风仍在大洋深处发展的时候,我们便可以比较准确地预测它的动向,提前做好防范。这一切都涉及到天气预报的尺度问题!对于大气中的一个系统,我们可以根据它的空间范围和持续时间来确定这个系统属于什么尺度。

按照大小排列,可以分为行星尺度、大尺度、中尺度、小尺度和微尺度几种,越大的系统,持续时间越长,影响范围越广,可预报性越强;反过来,越小的系统,在越小的时间空间范围,越难预报。

这里分为水平尺度和竖直尺度。我们所熟知的各种天气现象基本上都发生在对流层,而大气对流层相对于整个地球表面上万公里的尺度而言,竖直方向的延展仅有十公里上下,相去甚远,因此水平方向的运动和竖直方向的运动通常有很大差异。

越大的系统,时间尺度一般也越大。行星尺度的系统时间尺度可以达到几个月甚至几年,而气候变化的周期更是可以延伸到数万年。小尺度的系统时间尺度则仅有十几个小时,而对于微尺度的积云而言,其从诞生到消散的全过程也就只有短短几个小时;尘卷风这种极小的系统更是只有十几分钟的持续时间。这些系统时空尺度之间的数量级差距是显而易见的。

系统的尺度,决定了预报的尺度。

一个市的范围算是中尺度,那么预报也就仅限于中尺度以上,不可能精细到涵盖所有小尺度天气。而全国范围算是大尺度,预报就更不用那么精细了。而对于一个机场,这算是一个小尺度的范围,因此机场的气象站会给出实时的小尺度周边天气预报,这种预报才是最精细的。

同样的,系统的时间尺度也同样决定了预报的时间尺度,对于短时间如几小时内的预报,气象台就会给出比较具体的小尺度天气预报;而12小时到48小时的预报就主要是中尺度的范围,更长的天气预报则主要与大尺度系统联系,最长的气候预报则需要关注行星尺度系统的动态。

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