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气象局为何会出包?

  • 2020-07-19
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气象局为何会出包?

天气预报算是开启电脑模拟複杂系统风气之先,而绝非到此为止。许多物理学家和社会科学家希望用同样手法,预测各类事情,从推进器设计师关心的小尺度流力,一直到经济学家念兹在兹的巨额财金流向。实际上,1970及80年代使用电脑对经济预测的方式,和全球天气预报的方式如出一辙。模式搅拌複杂,而以几分随意连接的方程式网路,也就是说,丢进初始条件的观测大气压力或者货币供给量,以模拟未来趋势。程式设计师希望,经过许多无法避免的简化假设后,结果不至于太走样。如果模式产生太古怪的结果,比方撒哈拉沙漠发生洪水或利率上涨三倍,程式设计师会修正方程式,直到恢复所预期的结果。

电脑也拳脚难伸

电脑模拟确实成功提升气象这行业,由艺术进展至科学。欧洲预报中心曾评估,认为从统计而言,比主观预测要高明的预报,替全世界每年节省下数十亿元,但世界上最优秀的模式对二、三天后的预报也染上投机色彩。而针对六、七天后的预报根本一文不值。

蝴蝶效应是根由所在。全球天气预报员面对许多死角,若干微小的变化都可造成全球的天气现象,比方说雷雨及暴风雪,而且预测会迅速恶化,误差和不确定相乘,由紊流结构的链键向上传递,从沙暴、颱线,一直到只能从卫星观测到的大陆尺度涡旋。

现代天气模式,建立在距离约九十公里远的网格上执行工作,即使这样,刚开始有些资料还会拿不準,因为地面观测站和卫星不能观测到每处角落,不过,纵使假设整个地球表面布满感应器,间隔距离仅有三十公分,从地面到大气层最顶端,每隔三十公分亦罗列感应器;假设每座感应器可以完全精确读出温度、压力、溼度及任何气象学家希望知道的资料,同时拥有一部计算能力无限快的电脑,在正午接收到所有的资料,开始计算出每一个格子点上,12点01分会发生什幺,然后12点02分、03分⋯⋯。

但电脑依旧无法预测,下个月纽泽西州普林斯顿小镇是晴是雨,正午时刻,所有感应器之间还是隐藏着一些电脑不能察觉的扰动,比起平均极小的误差,到了12点01分,这些误差在方圆三十公分内製造出更多误差,误差很快伸展到三公尺处远,数以倍增,然后扩及全球。

即使是经验丰富的预报老手,所有的这些结果违逆他们直觉。劳伦兹的老友—怀特(Robert White),麻省理工学院的气象学家,后来成为国家海洋暨大气总署(NOAA)的署长。劳伦兹告诉他蝴蝶效应的种种,以及他觉得这对长期预报造成的冲击,怀特回覆了冯诺伊曼式的反应。他说:「不必担心预测。天气控制可以派上用场。」他的想法是:对準人类能力範围所及的小幅度修补,就势顺导期望中的大尺度变化。

劳伦兹的看法大相逕庭。的确,你可以改变天气,你可以牵一髮而动全身;但是儘管你这幺做了,你还是永远不知道它会变成何种面貌,这好比把已经洗好的牌再洗一次,你知道这将改变你的命运,是祸是福,则天晓得。


摘自《混沌》

气象局为何会出包?

数位编辑整理:林柏安,邱千瑜
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