研究人员揭示了为什么热量可能会使天气变得更难预测

2021年12月30日整理发布：斯坦福大学的一项新研究表明，气温升高可能会加剧地球中纬度地区天气的不可预测性。当大气变暖甚至几摄氏度时，可靠的温度、风和降雨量预报的极限就会下降大约一天。

“我们的研究结果表明，气候状况总体上会影响你能说出关于天气的准确信息的天数，”大气科学家 Aditi Sheshadri 说，他是该研究的主要作者，于 11 月 29 日发表在《地球物理研究快报》上。“更凉爽的气候似乎天生更容易预测。”

天气模式的广泛变化以及极端天气事件的频率和严重性的增加是全球气候变化的充分记录的后果。这些对旧规范的背离可能导致风暴、干旱、热浪和野火条件超出基础设施的设计承受能力或人们的预期。

然而，由于更快的计算机、更好的物理大气过程模型和更精确的测量，数值天气模型通常仍然能够比过去几十年更可靠地预测 3 到 10 天的日常天气。

这项基于简化地球系统和综合全球气候模型的计算机模拟的新研究表明，每升高一度(摄氏度)，中纬度地区准确预测的窗口就会缩短几个小时。与寒冷的冬天相比，这可能意味着在温暖的冬天为大风暴做准备和动员的时间更少。

对于降水，温度每升高 3 摄氏度，可预测性就会下降大约一天。风和温度的影响更小，温度每升高 5 摄氏度，一天的可预测性就会降低。

虽然自 1800 年代后期以来，全球平均气温上升了 1.1 摄氏度(2 华氏度)，但并非所有地方都以相同的速度变暖。自 1970 年以来，一些城市的年平均气温上升了 2 摄氏度以上。季节性变化可能更加极端。

Sheshadri 说，需要进一步分析来评估冬季天气是否本质上比夏季天气更可预测，但新结果强烈表明，在温暖超出其历史规范的地方，可靠天气预报的时间范围更短。

蝴蝶效应

这项研究是在政府准备斥资 8000 万美元用于开发天气和气候模型的超级计算设备之际，作为 11 月颁布的两党基础设施​​法的一部分。

但是，以完美的准确度预测未来 10 天或可能 15 天之后的特定天气的问题不是可以通过更高的计算能力或更好的模型来解决的。地球大气的混沌性质对预报施加了不可逾越的限制。

这是气象学家爱德华·洛伦兹 (Edward Lorenz) 在 1960 年代与“蝴蝶效应”相关的发现的症结所在。洛伦兹发现，初始条件的微小差异——比如蝴蝶扇动翅膀的风扰动——会在地球天气系统模型中产生截然不同的结果。

对于可能包含在数值天气模型中的气压、温度、风速等的每个测量值，不确定性是无法避免的。随着时间的推移，这些缺陷会在模型中传播，因此当您进一步展望未来时，根据看似相同的初始条件做出的预测之间的差距会越来越大。在某一时刻，结果失去了彼此的所有相似性，并且与基于现实但随机的起始条件的预测无法区分。据说此时的计算机模型“失去了对其初始条件的记忆”。

解开大气混乱的影响是有价值的。气象学家长期以来一直试图确定天气可预测性的内在限制，部分原因是为了找到改进地球气候和大气模型的方法。联合国世界气象组织估计，天气预报的社会经济效益每年至少达到 1600 亿美元。

斯坦福大学地球系统科学助理教授谢沙德里说：“我们正在努力了解是什么设定了这种可预测性的有限极限，以及它在不同气候下可能如何变化，以便人们可以为这些变化做好准备。”地球、能源与环境科学(斯坦福地球)。

对于大多数人居住的地球中纬度地区，新研究表明，随着温度升高，错误在天气模型中传播得更快，而且趋势变化似乎没有任何温度阈值。这组作者说，这似乎与对流层(离地球最近的大气层)中被称为涡流的风暴的增长有关。过去的研究表明，当空气在地球表面回暖，改变垂直排列的热和冷的气氛燃料较快增长的涡流。

“当涡流增长得更快时，模型似乎很快就会失去对初始条件的跟踪。这意味着预测窗口变窄，”Sheshadri 说。

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