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天气预报的挑战

岑智明

当天气急剧变化，预报又未能准确反映，大家很自然会想起「天有不测之风云」这句说话。究竟这话有没有科学基础？天气预报往往不能够完全准确，这是否计算出现问题，或是科学尚有不足之处呢？

还记得上中学第一课物理的时候，就是念牛顿力学。从牛顿定律，就可以准确计算每一件物体的移动，从炮弹到火箭，以至行星的轨迹和速度，一切都在掌握之内。虽然二十世纪科学出现了相对论及量子力学等新理论，但牛顿力学在一般日常生活上的应用，包括天气预报、建筑设计、飞机工程等，仍然适用。近年来，随著高速电脑的发展，以牛顿力学为基础来模拟天气的变化，一般称为「数值天气预报」，已经成为预测天气的一个主流。

为了使「数值天气预报」更加准确，科学家双管齐下：一方面深入研究大气的复杂及微妙的变化，例如台风内部结构，雷暴生消过程等，务求精益求精，改善模拟天气的方法；另一方面加强气象观测，例如增加观测点，发展卫星及雷达技术等，从而获得更多气象资料，以供预报之用。其实，气象人员在过去十多年来不断朝著这两个方向发展及改进，现在要准确预测全球未来数天的天气情况，已经相当有把握。当然，要达到更完善及更精确的「数值天气预报」，需要有比现在更快速的电脑配合，才可以充分发挥。

如此说来，我们是否能够准确预测未来一个月、甚至未来一年的天气变化呢？「天有不测之风云」这句话会否成为历史？直至十九世纪末，科学家对传统力学的理解颇为简单：无论是大气、钟摆、火箭或行星的运行，只要能掌握个中原理，便可以准确预测它的变化。然而，在过去数十年，科学家开始发现牛顿力学所描述的世界，并非如此简单，从而出现了一套「混沌」理论。

发展「混沌」理论其中的一位先驱者是气象学家爱德华．洛伦兹（Edward Lorenz）。1960年代初，洛伦兹利用计算机进行「数值天气预报」试验。他发觉只要输入的资料存在些微差异，便足以令计算结果出现极大分别。这正表示，由于实际上气象以至任何观测都存在误差，「数值天气预报」在一定程度上也具有不可预测性。「差若毫厘，谬以千里」正好形容这种情况。洛伦兹这个发现，很多人称为「蝴蝶效应」。这名称或许出自洛伦兹在1972年以「可预测性：一只在巴西翩翩起舞的蝴蝶可否于德克萨斯州引起龙卷风？」为题的演说，但它亦与洛伦兹的发现有明显的关系。图中酷似一只蝴蝶的图案其实就是洛伦兹的「数值天气预报」试验得出来的数据。蝴蝶左右两翼代表了他发现的两组由于些微的改变，而导致极不相同的计算结果。

表面上，「混沌」理论看来非常深奥，但其实它与我们日常生活息息相关。从浪花的变化、龙头上水滴的节奏、闪电的位置、到股票市场的波动、「六合彩」搅珠的结果，都存在「混沌」理论所描述的不可预测性。

由于「混沌」理论的出现，气象学家近年已考虑到观测资料不足对「数值天气预报」的影响，从而评估每一个预报的可信性。但无论如何，「混沌」理论已对长期天气预报的发展起了很大的影响。它清楚地表示：我们在预测天气或其他自然现象的能力颇为有限。在我们不断努力追求更准确预测的同时，看来亦必须认识存在于大自然的极限。古语有云：「知之为知之，不知为不知，是知也」是否就是这个意思？

洛伦兹的「数值天气预报」试验得出来的数据，
图案看来酷似一只蝴蝶

﹝文汇报 2000年3月17日﹞