張繼云 山東省棗莊市第十六中學(xué)北校
“蝴蝶效應(yīng)”是由美國(guó)氣象學(xué)家洛倫茲于1963年提出來的。其大意為:南美洲亞馬孫河流域熱帶雨林中的一只蝴蝶,偶爾扇動(dòng)幾下翅膀,可能在兩周后在美國(guó)德克薩斯引起一場(chǎng)龍卷風(fēng)。其原因在于:蝴蝶翅膀的運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致其身邊的空氣系統(tǒng)發(fā)生變化,并引起微弱氣流的產(chǎn)生,而微弱氣流的產(chǎn)生又會(huì)引起它四周空氣或其他系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的變化,由此引起連鎖反應(yīng),最終導(dǎo)致其他系統(tǒng)的極大變化。這是一種混沌現(xiàn)象。這種現(xiàn)象說明,事物發(fā)展的結(jié)果,對(duì)初始條件具有極為敏感的依賴性,初始條件的極小偏差,將可能會(huì)引起結(jié)果的極大差異。
在過去的20年中,天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性有了明顯的提高。如今,72小時(shí)天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于20年前的24小時(shí)天氣預(yù)報(bào)。目前,先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備有助于提供更加準(zhǔn)確的災(zāi)難性天氣警報(bào),比如,現(xiàn)在龍卷風(fēng)的預(yù)警時(shí)間比過去提前了一倍,這樣能多給人們40分鐘的時(shí)間逃離洪水災(zāi)害。
現(xiàn)代氣象學(xué)家的預(yù)測(cè)結(jié)果之所以比較準(zhǔn)確,主要是借助了一種數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)。這種預(yù)測(cè)方法不僅需要強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)做后盾,還需要收集海、陸、空等多方面的觀測(cè)數(shù)據(jù)。一個(gè)獨(dú)立的氣象站永遠(yuǎn)無法收集到這么多數(shù)據(jù),因此全球建立了數(shù)以千計(jì)的氣象站。氣象站之間彼此相連,有利于把各種數(shù)據(jù)及時(shí)匯集到一起。其中一些氣象站,裝備有地面風(fēng)速測(cè)試儀、雨量測(cè)量器和溫度傳感器等設(shè)備,這些傳感器和測(cè)量?jī)x每天可以提供100多萬條與天氣有關(guān)的觀察數(shù)據(jù)。同時(shí),氣象學(xué)家們還可以使用超級(jí)計(jì)算機(jī)來存儲(chǔ)信息,這些超級(jí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度之快,每秒可達(dá)上百萬次。在美國(guó)的國(guó)家環(huán)境預(yù)測(cè)中心,所有氣象資料被匯集到超級(jí)計(jì)算機(jī)主機(jī),根據(jù)這些數(shù)據(jù)資料,計(jì)算機(jī)通過復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型加以分析,并預(yù)測(cè)未來可能發(fā)生的天氣變化。
另外,氣象學(xué)家們還通過使用多普勒雷達(dá)監(jiān)測(cè)天氣狀況,使預(yù)測(cè)結(jié)果更有效、更完善。多普勒雷達(dá)通過發(fā)射器向空中發(fā)射無線電波,無線電波觸及大氣層中目標(biāo)物體后會(huì)反射回來。云層涌向或者飄離發(fā)射器所產(chǎn)生的無線電波頻率或波長(zhǎng)各不相同。雷達(dá)計(jì)算機(jī)再把反射回來的無線電波轉(zhuǎn)換成顯示降水云帶覆蓋面的圖片,或者預(yù)測(cè)風(fēng)速和風(fēng)向的數(shù)據(jù)資料。正是由于這些科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用,氣象學(xué)家們能比以往更加精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)天氣變化,尤其是短期天氣預(yù)報(bào)。例如,氣象學(xué)家們對(duì)12小時(shí)天氣的整體狀況和發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)是相當(dāng)準(zhǔn)確的。
然而,天氣現(xiàn)象受許多復(fù)雜的變量和因素制約,比如,太陽輻射的變化、因氣壓差異形成導(dǎo)致風(fēng)的變化、水的三態(tài)變化,等等。其中任何一個(gè)變量的微小變化,都可能深刻影響未來的天氣變化。正是由于這種“蝴蝶效應(yīng)”的存在,氣象學(xué)家永遠(yuǎn)無法百分之百準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)天氣。象沙塵暴、龍卷風(fēng)、暴雨、洪澇災(zāi)害等,依然會(huì)突如其來的降臨,往往使人們措手不及。