第10版(科技园地)
专栏：
天气预报从哪里来？请看气象部门如何——
细说八方晴雨指点九州风云
本报记者杨健
隆冬的北国，夜阑人静。当记者驱车赶往中央气象台的时候，零点九分的“世界城市天气预报”已经播完，劳累了一天的人们大都已酣然入梦。冷空气前锋推进时带来的大风和降温对他们来说似乎是另一个世界的事情。
然而，这暗夜并不平静。
在离地球８７０公里和３．６万公里的太空轨道上，美国的ＴＩＲＯＳ气象卫星和日本的ＧＭＳ同步卫星正紧张地工作着。每隔一小时，它们都会将拍摄到的卫星云图传到中国卫星气象中心，传给那些同样没有休息的人们。
白石桥路４６号，就在卫星气象中心的同一座大院里，中国国家气象中心（中央气象台）的大楼灯火通明，大楼正厅的标示牌上显示出“１９９４年１月１８日，最低气温－８．７℃”的字样，值班人员和各种仪器都在忙碌地运作。
这里是全国气象业务、服务和技术指导中心，也是世界气象组织天气监视网的区域气象中心和区域气象通信枢纽之一。每到整点，全国６００多个气象台站同时开机，将当地的极端最高／低温度、气压、风速、雨雪量等地面气象情况传送到这里。同时传来的还有各地通过雷达、飞机、探空气球、无线电探空等手段测得的高空气象要素。传递这些信息的１６条中高速同步通信线路和６４条中低速异步通信线路还承担着以每小时一次的频率从奥芬巴赫和东京等处获取世界各地气象资料数据的任务。
业务处秦祥士处长向记者介绍说，每天通过该通信系统接收的信息量达２０００多万字节，折合成汉字有１０００万字之多。如果把它编成一本３２开的书，这本书将有７０厘米厚。
别说是普通人，即使是最出色的气象专家，面对如此庞杂的资料也难以理清头绪。这时候计算机就该发挥作用了。在专司资料加工处理的Ｃｙｂｅｒ大型计算机和银河—Ⅱ巨型机中，气象数据被代入各种复杂的数学公式，推算出各地当时的气象情况（因为资料来源于有限个点，但绘图应反映出无限个点的情形），并预测出各点未来一段时间内的天气变化，最后打印出各地各时刻的温度、气压、风向、雨雪量等各种指标的等值线图。气象台郭进修副台长告诉记者，因为天气系统是立体结构的，目前大气按高度被分为１０多层，每一层都要做一次类似的计算，工作量之大是常人难以想象的。
凌晨４点半，会商室里专家们开始工作了。他们通过计算机工作站调（ｄｉàｏ取）出处理好的各种图表和数据，开始作天气形势的预测。尽管计算机已经作出数值上的预报，但天气现象却是千变万化的，只有通过专家们的思维，才能将一大堆枯燥的数字变得形象起来。同时，计算机得到的只是一些通过公式算出的半成品，不经过头脑的分析和处理，其预言的准确度总是难以令人放心的。如果混沌学的理论的确科学的话，１０００公里之外一只蝴蝶扇动翅膀也可能在这里引起一场风暴，那么天气预报准确的概率就相当于在数以亿计的钥匙中找出能打开房门的那一把，而气象专家的经验和智慧正是找准这把钥匙的关键所在。
这天北方大部分地区被冷高压控制，天气形势相对简单，气象专家不像前几天那样，为冷空气是否来、怎么来伤透了脑筋，但华南地区正值冷暖气流交汇，复杂的降水情况还是让行家们颇感棘手。气象预报与文学创作不同，话讲得太死唯恐误导，过于含糊又等于没说。很做了一番推敲之后，大家才基本上达成共识。清早６点多，晨光微露，“早间气象服务”节目总算完成了。
上午１０点１０分，“午间气象服务”和“气象信息”节目制作完毕并通过光缆传至中央电视台。
紧接着，向国务院各级领导提供决策服务的气象节目开始制作。就在这套节目制作的同时，计算机已经开始收集和处理１９点３０分的“天气预报”所需的最新气象信息了。在“新闻联播”之后播出的这一节目在国内外拥有数亿观众，是中央气象台的重头戏。几年来，“天气预报”节目在形式和内容上都有了很大的改进，改变了以前“拉洋片”式的手工制作方法，增加了全景彩色动画云图、天气区、雨量分布等值线、台风路径、锋面路径等内容，从去年３月１日起又多了主持人的讲解，深受观众的好评。
午饭过后，卫星气象中心开始向这边发送卫星云图动画，由计算机加上移动方向箭头。各种天气实况资料（天气系统活动图形等）也开始录入备用。
下午３点半，会商室里又开始忙碌起来。一俟会商结束，天气预报的结果就被送至声像室，在那里计算机会自动将气象数据转变成阴晴雨雪等文字和符号，显示在地图上的各个城市旁。各城市所配的风景画制作起来稍难一些，要事先在像带上“挖”出一块空白，然后将拍好的照片叠加上去。难度更大的是片头的制作，为做出气象大楼的立体动画和那些旋转的计算机、地球等图形，方淑琴高级工程师在电脑前要干上十几天甚至更长的时间。
主持人是节目的灵魂。为了配上主持人讲解的画面，技术人员可谓挖空了心思。因为没有大屏幕投影设备，主持人必须在蓝色的幕布前凭记忆指点那些子虚乌有的江山（如左图），然后采用特殊的“抠像”技术把蓝色的背景滤去，将主持人的形象叠加到事先制作好的天气形势画面上去（如下图）。为此主持人不能穿蓝色的衣服，细心一点的观众有时可能会发现主持人身上有亮点在闪动，那便是衣服上的蓝色小花被滤去后的结果。
谈到主持人的工作，宋英杰深有感触。气象节目主持人是无法照本宣科的，拿到天气预报结果，得设法将它变成观众可以接受的语言。这就要求主持人站在观众的角度思考问题，并尽量澄清观众心中的疑惑。前一段有观众反映，云图动画中最后定格的云图是７点３３分的，中央气象台为何使用不及时的云图？１１月下旬，主持人适时地作出了解释：“细心的观众可能已经发现……其实上面所标的是格林尼治时间，也就是世界协调时，与我们北京时间相差８小时。”
下午５点，最新资料截止，节目正式开始制作。这天值班的主持人是杨丽，在节目的“闲话”中她打算插入“腊七腊八冻死鸭”的谚语，编导认为节气与天气无关，迅速纠正了这一说法，并就冷空气的有关情况作了必要的解释。当几经试录节目制成的时候，时钟已指向下午６点４０分，离节目播出时间不到１小时了。
从气象台的制作室走出来，城里已是万家灯火。家家户户吃过晚饭，正在收看刚制作好的天气预报节目，气象中心的人们却又已开始投入下一轮的准备过程了。在日本，形容天气好，人们常常说：这是连天气预报都可以放假的日子。然而这里，却永远不会有假期。（附图片）
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专栏：
“算”出来的天气预报
——说说中期数值预报
这“算”出来的天气预报可不是像算命那样“算”——信口胡诌——出来的，而是通过计算机利用气象观测的结果计算出来的。
计算机能算出天气预报吗？能，当然能。
我们知道，大气运动虽然千变万化，但其变化也有一定的规律性。我们通常用气温、气压、风向风速、水汽含量等特征量来表征大气的运动和状态，而这些特征量都可以用数值来表示，因此，我们可以把天气预报归纳为一个数学问题，即用若干组复杂的偏微分方程来描述大气运动及状态的规律，通过求解这些方程组，得到未来各种特征量的值，从而作出相应的天气预报。这种天气预报方法我们称之为数值天气预报方法，这就是我们所说的“算”出来的天气预报。数值天气预报按时效长短可分为短期、中期和长期数值天气预报，而时效为３—１０天的中期数值天气预报是各国气象部门主攻的方向。
那么中期数值预报与传统的预报方法相比有什么好处呢？
稍懂一点气象知识的人都知道，在传统的天气预报中，预报员往往根据天气系统的移动和演变，结合自己的实践经验进行定性的估计，不可能考虑到所有的细节，这使得３天以上的天气预报可靠性大为降低。数值预报则能充分应用观测数据，并减少预报的主观性。从理论上讲，只要数据足够丰富，方程描述足够准确，数值预报完全可以得出任何时刻任何地点的天气情况。
制作数值天气预报需要完成巨大的运算量，计算工具的性能高低是数值预报的决定性因素之一。早在本世纪初英国人里查孙就尝试过用数值预报方法作天气预报，他动用了许多人用手摇计算机进行计算，花了几个月才算出２４小时预报，这对时效性极强的天气预报来说，无疑是失败的。里查孙幽默地说，只有开一个６．４万人同时计算的工厂，才可以和天气“赛跑”。
随着计算机技术的发展和大气探测、通信技术的进步，４０年来，数值天气预报系统得到了迅速发展和完善。代表当今中期数值预报最高水平的当推欧共体欧洲中期数值预报中心，该中心已能够制作８天的预报。我国中期数值天气预报系统建设起步于８０年代中期。１９９３年１０月，我国第二代中期数值预报系统在银河—Ⅱ巨型机上运行成功并正式投入业务运行，使预报时效由３—５天提高到５—７天。中国的气象预报终于步入了数值预报的国际先进行列，成为世界上少数几个能进行中期数值天气业务预报的国家。（李小平）
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专栏：
极目四海云天悉知环球凉热
我国现代气象探测掠览
最早的关于气象探测的传说恐怕要算《旧约》中诺亚方舟的故事。为了看洪水是否退去，诺亚放飞了一只鸽子，正是这只鸽子衔来一枝翠绿的橄榄叶通报了平安的信息。
现代气象探测的手段当然比放飞鸽子要复杂得多。我国的气象探测由地面气象、高空气象、大气化学、航空气象、农业气象、天气雷达、卫星气象等组成。这些探测手段已基本满足了我国天气预报、气候诊断分析、专业气象等业务对气象情况和信息资料的需要。
随着科技的进步，我国现代气象探测正处在进一步发展中。
自动气象站是一种无需人值守、自动定时采集气象数据，自动按时发送气象信息的装备。目前我国国产自动地面测风站已在部分沿海岛屿布设运行。
遥测技术的发展使我国一般气象仪器测量项目开始实现有线遥测，观测数据由计算机统一处理、编制电报、打印输出并对外发送。
在高空大气探测技术方面，１２２个探空站完成了用雷达测风的技术改造，使我国高空风的探测不再受天气条件的限制，保证能按时获得更高层次的风资料。
天气雷达是根据云滴、雨滴、冰粒、雪花等对电磁波的反射原理而发展起来的一种大气探测工具，单部雷达能对半径２００千米内的降水进行较准确的测量，并能提供更大范围的降水分布及其变化的信息。
截至１９９１年底，我国共有天气雷达２２８部，基本形成了我国的天气雷达监测网。
卫星将人类的视点移上了太空，它的出现对人们把握天气系统的全局有着极其重要的意义。
７０年代初我国就开始接收应用气象卫星云图。１９８３年又从美国引进一套气象卫星接收处理系统，使我国气象卫星定量探测资料的接收处理开始转入业务。近几年来，我国自行开发的气象卫星资料微机处理系统的功能已达世界一流水平，使我国的卫星资料处理从简单的模拟定性阶段发展到目前的数字化定量阶段。
１９８８年和１９９０年９月，我国自行研制的极轨气象卫星“风云一号”Ａ和Ｂ先后发射成功，从此我国进入了发射、接收和应用自己的气象卫星资料的新阶段。
大气的物理特性和化学构成的变化是影响气候变化的重要因子。大气特种观测的目的在于对大气中的关键性化学、物理过程状况进行长期评价和对未来气候变化趋势的预测提供实测资料，为保护生态环境、控制温室气体排放提供科学依据。
１９８４年以来，我国已建成３个区域本底站，它们是世界气象组织全球大气本底监测网的组成部分，其观测项目有降水化学、混浊度、飘尘、臭氧等。此外，现在全国还有８１个酸雨观测站，日夜进行酸雨观测，对酸雨的形成和污染物的输送、扩散与气象条件的关系进行探索。
南极是全球大气的主要冷源之一，在全球大气环流和天气气候形成中起着重要作用。我国的南极气象观测和研究起步于１９８１年。南极长城气象站和南极中山气象站都有设备齐全的地面气象观测系统，每天进行四次常规定时观测，观测项目有气压、温度、湿度、地面辐射、云、能见度和天气现象等。１９９３年，南极中山站还进行了大气臭氧、二氧化碳和二氧化硫总量的地面观测以及平流层云的激光雷达探测。近年来，我国利用自己收集的南极气象资料在南极地区的气候特征、天气形势等方面进行了研究，取得了可喜成果。（胡桂琴）
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专栏：编者的话
编者的话
本期“科技园地”和大家谈谈气象科学技术。
自古以来，气象就和人类生活有着极为密切的关系。中国古代，名将治军，良相治国，都讲究懂得气候。农业社会长期积累和流传下来的“农谚”中，很多是气象预测的经验。进入工业化社会以后，随着近代科学技术的发展和工商业城市的兴起，气象与人类活动的关系不但没有减弱，反而更加密切。除了农业，工厂、铁路、公路、航海、航空、通信、广播等等，无不受天气影响，而灾害性天气所造成的破坏和损失也比以前增大了许多倍。与此同时，气象科学技术也在加速发展，人类不但可以跑在天气变化的前边，而且开始能对某些天气变化施加影响了。
现在，我们每天可以从电视上看到卫星云图、天气预报，足不出户预知全国乃至世界范围的天气变化。但是，大范围的气象资料是如何探测来的？数量庞大的气象数据是如何处理的？天气预报是如何制作的？人造卫星和电子计算机给气象事业带来哪些变革？人工降雨、人工防雹是什么原理？等等，本期园地就是想和大家谈谈这些问题，一则介绍点知识，二则提醒大家关心和重视对气象科学技术的利用。
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专栏：
常用气象名词解释
锋：锋是指温度和密度差异很大的两个气团之间的界面，也称锋面。锋面是倾斜的，且暖气团在上，冷气团在下。锋的延伸范围很广，水平范围可达数千千米，垂直范围可达十几千米。锋可按不同的方法分类，人们常听到的冷锋和暖锋是按气团的移动方向分类的，冷气团向暖气团一方移动的锋为冷锋，反之为暖锋。其中冷锋是影响我国天气的重要天气系统之一。
副热带高压：副热带高压是位于副热带地区（南北纬度约２０至３０度）的高压系统，其主体在太平洋上，并长年存在。副热带高压对中、高纬度地区和低纬度地区之间的水气、热量、能量等的输送和平衡起着重要的作用，是大气环流的一个重要系统。
热带气旋：在热带或副热带海洋上发生的气旋性漩涡，是热带天气的主要系统。热带气旋中越靠近中心，其风速越大。当热带气旋发展到一定强度时（风力大于八级），在我国即称之为台风，而有些国家称之为热带风暴、飓风等。强烈的热带气旋伴有狂风、暴雨、巨浪和暴潮，活动范围很广，具有强大的破坏力。
大气本底：未受人类活动影响的大气状况。
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专栏：
人定胜天，从这里开始
——浅谈人工增雨和人工防雹
人类出现，大自然天翻地覆。可是由于各种条件的限制，几千年来，人类对大自然的改造主要还停留在岩石、土壤层的有限范围内。古代中国有大禹治水的传说，然而纵使这样的传奇人物，也是无法理天上之水的。据历史记载，自公元初到１９世纪，我国出现过１０００多次旱灾；遭受冰雹灾害的面积每年平均约２６００万亩。
在天灾面前软弱无助的人们只有乞助于神灵。汉代祭天求雨之风盛极一时，人们认为“云从龙”，所以用“土龙求雨”，希望以土龙引出真龙，招云致雨。１９３４年我国发生大面积干旱时，上海就有张天师设醮求雨，甚至连当时湖南省府的代理主席也赴城隍庙求雨。
那么人类面对自然灾害就永远束手无策吗？不，决不。自从１９３０年荷兰的维拉尔特教授利用干冰人工降雨成功以来，人工增雨作为一种抗御干旱的有效手段已被广泛应用，并发挥了重要作用。例如，１９９３年山西省粮食生产获得特大丰收，《山西日报》发表文章，称赞“人工增雨缓解了旱情”，认为这是粮食空前丰收的四条原因之一。
所谓人工增雨，就是采用人为的办法对一个地区上空可能下雨或者正在下雨的云施加影响，以开发利用云中潜在的降水资源。一个地区某一天下了１０毫米的雨水，并不是说其上空的云中只含有如此多的水分，或只能降下这么多的雨水。利用仪器对云中含水量进行的探测表明，云中所蕴含的水分比实际降水量多得多，只是因为云中未形成足够多的直径较大的水滴或冰晶，更多的水分才没有降落下来。人工增雨就是设法在云层中产生大量大水珠和冰晶的过程。
云中产生降水要伴随巨大的能量转换，光是１克水冻结成冰时释放的８０卡热量，就足以使１克铜热得发红，所以人工增雨的方法不是人类直接干预云中的能量变化，而是用飞机向云中播撒适当的催化剂，促使云中更多的水分变成雨滴降落。使用的催化剂通常分为三类，第一类是可以吸附云中水分变成较大水滴的盐粒等吸湿剂。第二类催化剂是干冰。干冰温度很低，汽化时可使附近空气层冷却到零下４０摄氏度以下，从而使过冷小水滴冻结形成大量冰晶。通常１克干冰在零下１０摄氏度左右的云雾大气中，可形成１０００亿到１万亿个冰晶。后来人们发现，干冰的制造、保存和运输很不方便，而碘化银具有云中自然冰核的性质，就把它播撒到冷云中，冒名顶替“欺骗”大自然。碘化银比干冰制造冰晶的效能高出成百倍，通常对一块积状云只要播撒十几克至几十克就能奏效，它就是被称为“成核剂”的第三类催化剂。
碘化银和干冰等适用于温度低于零摄氏度的冷云人工增雨，而盐粒等只适用于温度高于零摄氏度的暖云人工增雨。目前，我国主要是对冷云实施人工增雨。
人工防雹与碘化银增雨的原理类似，只是投放的方式是以高炮或火箭发射碘化银，而且投放的碘化银的量要大一些，以产生比云中雹胚多得多的碘化银冰核，造成同雹胚竞争水分的优势，尽快形成更多的水滴或冰粒，从而抑制雹胚的增长。研究和试验表明，炮弹在爆炸时产生的冲击波、声波、气流膨胀波等，也对冰雹增长具有抑制的作用。
（钟志武）（附图片）
左图为贵州某地高炮消雹成功后，人们欢呼雀跃的情景。
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专栏：
跑在天气变化的前边
——我国气象通信发展简介
驿马是古代通报军情的一种很快捷的方式。但在现代气象预报中，如果仍用驿马来传递信息就远远不够了。这是因为天气预报不但要跟踪天气系统的移动，还要分析其演变的趋势。演变过程比移动过程要迅速和复杂得多，这就对信息传递的速度提出了很高的要求。传递信息的速度越快，人们就可以尽早地作出分析和判断，为气象预报赢得时间。从这种意义上讲，气象通信的改进就是与天气赛跑的过程。
建国初期，我国气象通信采取无线莫尔斯广播方式，即发信台以每分钟１２０—１３０个字码的速度拍发莫尔斯电报信号，拍发速度慢，同时受雷电等天气状况影响很大。随着气象情报传输量的增加，手键拍发的人工操作方式已不再适应需要，有线、无线电传通信开始取代无线莫尔斯广播，同时气象传真广播业务也得到迅速发展。气象传真广播播发的各种图形可以直接使用，从而大量地减少了基层气象台站收报、填图、分析等重复性劳动，特别是天气雷达、卫星云图、数值预报产品等资料更需要采用图像方式传输，直接提供给各级气象台站使用。由于接收的图表资料直观、适用、操作技术比较简单，这项业务得到了广泛的应用。
雷达、卫星遥测技术和电子计算机技术引入气象探测和数值天气预报之后，气象通信的数据信息传输量剧增。目前国家气象中心每天信息吞吐量达５０００万字节，若仍以莫尔斯广播传输的话，完成一天的工作需要近５个月的时间，即便是电传通信技术也已不适应这一新情况，实现计算机系统控制气象通信已势在必行。
１９８０年，我国引进了通信专用电子计算机，建成了北京气象通信枢纽，计算机承担起了全部气象的收报、编辑、发报和转报任务。１９８２年后，以９６００字节／秒速率工作的北京—奥芬巴赫、北京—东京高速电路接通，信息传输速度大大提高。此前，观测后５０分钟只能编辑欧洲地区地面气象观测资料的７０％，高速电路开通后，编辑率提高到９０％以上。
在国内，省以上气象通信网已实现计算机通信，省内气象通信网也已初具规模。从１９８８年到１９９１年，全国国家基本发报站的及时发报率平均在９７％以上。绝大部分国内气象台站拍发的地面气象情况，一般在测后４０分钟内即可收到。
在与天气的赛跑中，人们把天气落得越来越远了。
（江洪）
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专栏：
气象卫星的“第二职业”
遥感是本世纪６０年代迅速发展起来的一门先进的综合性探测科学。所谓遥感就是用装在卫星、飞机上的传感器，收集地面目标反射和发射来的电磁波，再利用这些数据获得关于目标物和现象信息的技术。以往气象卫星资料的应用主要限于卫星云图的定性分析。随着第三代气象业务卫星遥感器的改进和各种定量资料的提取和定量处理在我国的发展，气象卫星资料不仅在气象领域得到了广泛的应用，也扩及非气象领域。业务气象卫星迅速提供的覆盖全球的连续观测，从其覆盖率和实时性看，对农业资源、作物估产和灾害监测均为一极好的资料源。
气象卫星遥感技术在农业领域的应用，目前可包括以下内容：
（１）作物产量估测。７０年代中期，气象卫星用于作物估产，多限于提取气象数据资料，代入作物产量天气统计模式，完成作物产量预测。自７０年代末开始，人们开始直接应用遥感仪器提取的资料进行作物估产。８０年代中期，我国进行了利用气象卫星为主的全国性冬小麦遥感综合测产研究试验，解决了常规调查与农业统计测产方法存在的费时费力且受人为因素干扰的缺陷，取得了较好效果。
（２）作物生长环境条件的监测和预报。应用气象卫星获取气象资料、植被指数资料并结合地面农学观测、调查资料，可完成作物水分条件的监测、大面积干旱、农作物病虫害的监测和预报等。
（３）洪水、森林火灾和受灾面积的监测。由于气象卫星居高临下，特别适合于监测大面积灾害的发生、发展。在１９８７年大兴安岭大火和１９９２年江淮大水期间，气象卫星的优势得到了充分的发挥，其作用是其它监测手段无法比拟的。（应宁）