天气预报，通过应用物理学原理来预测天气，并辅以各种统计和实证技术。除了对大气现象本身的预测外，天气预报还包括对大气条件（例如冰雪覆盖、风暴潮汐和洪水）引起的地球表面变化的预测。很少有其他科学机构的观测结果像天气预报相关的观测结果一样重要或影响着同样多的人。从早期人类从洞穴和其他天然庇护所冒险的时代开始，敏锐的人很有可能成为领导者，因为他们能够检测到大自然即将到来的雪、雨或风的迹象，实际上是天气的任何变化。有了这些信息，他们一定在寻找食物和安全方面取得了更大的成功，这是当时的主要目标。从某种意义上说，天气预报的执行方式与最早的人类基本相同，即通过观察和预测变化。21 世纪用于测量温度、压力、风和湿度的现代工具肯定会让他们感到惊讶，而且结果显然更好。然而，即使是在超级计算机上做出的最复杂的数值计算预报，也需要对大气状况进行一组测量——温度、风和其他基本元素的初步图景，有点类似于我们的祖先在洞穴中向外看时形成的图景。原始方法需要基于敏锐观察者积累的经验的洞察力，而现代技术则包括求解方程。尽管看起来大不相同，但这两种做法之间存在潜在的相似之处。在每种情况下，预报员都会问“什么是”，即“今天盛行什么样的天气”，然后试图确定它将如何变化，以便推断它将是什么。由于观测对天气预报至关重要，因此对气象测量和天气预报的描述是一个思想和技术紧密交织在一起的故事，创造性的思想家从现有的观测中得出新的见解，并指出需要新的或更好的测量，而技术则提供了进行新观测和处理从测量中获得的数据的方法。天气预报的基础始于古希腊哲学家的理论，并延续到文艺复兴时期的科学家、17 世纪和 18 世纪的科学革命，以及 20 世纪和 21 世纪大气科学家和气象学家的理论模型。同样，它讲述了“天气”概念的发展——即在完全相同的时间描述一个大区域的天气，以便组织有关主要条件的信息。在天气气象学中，将特定时间的同时观测绘制在广阔区域的地图上，从而获得该地区天气的总体视图。（对观一词源自希腊语，意思是“一般或全面的观点”。所谓的天气图成为 19 世纪气象学家的主要工具，至今仍在世界各地的气象站和电视天气预报中使用。自 20 世纪中叶以来，数字计算机使以数学和客观方式计算大气条件的变化成为可能，即任何人都可以从相同的初始条件中获得相同的结果。数值天气预报模型的广泛采用带来了一个全新的参与者群体 — 计算机专家以及数值处理和统计专家 — 与大气科学家和气象学家合作。此外，处理和分析天气数据的能力增强激发了气象学家对获得更多更准确观测的长期兴趣。自 1960 年代以来的技术进步导致人们越来越依赖遥感，尤其是使用专门仪器的地球轨道卫星收集数据。到 1980 年代后期，天气预报主要基于高速超级计算机集成的数值模型的确定——除了一些短程预测，特别是那些与局部雷暴活动相关的预测，这些预测是由直接解释雷达和卫星测量的专家做出的。到 1990 年代初，下一代多普勒天气雷达 （NEXRAD） 网络在美国基本到位，这使得气象学家能够预测恶劣天气事件，并在其发生之前提供额外的提前期。在 1990 年代末和 21 世纪初，计算机处理能力的提高使气象局能够生成更复杂的集成预报，即多模型运行的集合，其结果限制了预报的不确定性范围。![]()
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