原本预报的天气晴朗，结果却遭到淋成落汤鸡!
盼望的初雪迟迟不来，朋友圈却晒满了别人家的雪景!
这些都是司空见惯的天气预报失准的例证。造成天气预报不那么准确的原因何在?天气预报是否能够达到完全准确呢?下面我们就探寻天气预报偏差的来源。
1961年冬，著名气象学家爱德华·洛伦茨用计算机计算两次相同的天气预报，但两次计算中一个数据分别用了0.506127和0.506，结果却令人大为吃惊。这个远小于千分之一的差距，却导致了两次结果截然不同，一次预报晴空万里，另一次却预示着雷电交加。之后，他在进一步的计算中发现，输入数据的细微差异可能迅速放大为输出结果的巨大差异。于是他提出了混沌理论，并用“蝴蝶效应”形象地说明了这一理论——南美洲亚马逊丛林里的一只蝴蝶扇动翅膀，可能引起美国德克萨斯的一场龙卷风。其本质是指初始值的微小扰动，能够引起结果的极大变化。那么，蝴蝶效应是如何影响天气预报的呢?这个看似熟悉却又不太了解的“蝴蝶效应”在天气预报中究竟是怎么回事呢?下面我们就来看看天气预报中的“小蝴蝶”。
其实制作一次天气预报无非两步：一是获取大气初始状态，二是利用方程进行结果计算。先看第一步，要想准确把握一个降雨云团，就要了解它及其周围所有大气的状态，这意味着任何一只小蝴蝶都不能放过。而目前最基本的观测方法仍是布点取样，我们认为选择的气象站的观测数据能够代表它周围一定范围内的大气状态。目前，全国已建成了6万多个自动气象站，无论数量还是密度，我们都处于世界领先地位。但即便如此，仍面临“以点代面”、“大网捞小鱼”的困境。
形象地说，我们用这种方式观察爱因斯坦的照片，红色表示观测点，看得出来已经很密集了，但结果仍不尽如人意。那么，如果我们用这样一个观测初始值去预测谁是爱因斯坦，必然也是无法准确区分的。说到这里，大家可能会想，只要观测完全精确不就好了吗?那么，观测到底能不能精确呢，现在的观测手段除了地面气象站还有卫星、雷达等多种手段，可谓是海陆空全方位观测。但是很遗憾，即便未来科技再发展，手段再进步，想要精确测量覆盖地球，高度几十公里的全部大气，也基本上是不可能的。
那么，第一步的精确观测看来是难以实现了。我们再来看第二步，这些观测中遗漏的小蝴蝶，是否能在计算中加以校正。
让我们以台风为例，去年的台风“安比”是少有影响北京的一次台风，在它的路径预报中，我们给初始条件添加了50个不同的小扰动，也就是放进了50只小蝴蝶，让他们煽动翅膀（比如温度加减0.1℃，风速加减0.1m/s）。然后用同一种方法对这50个成员进行了5天的预报，结果十分分散，有的到了内蒙古，有的直接出国了。这真是真正的「差之毫厘，失之千里」。
综上可见，观测中的小蝴蝶会对我们的预报产生不可估量的影响。这就是蝴蝶效应对天气预报造成的巨大影响。除了蝴蝶效应之外，导致天气预报不准确的原因还远不止蝴蝶效应，天气预报永远不可能达到100%的精确。但即便如此，我们的预报准确率仍旧在不断提高着。今天的现代气象事业无论是从观测手段，还是计算能力、人员素养等方面，都比以往任何时候都更加先进。
作者：沈越婷 北京市怀柔区气象局
本文来自：中国数字科技馆