《混沌之新数学》读书笔记:07-天气预报厂
本章将介绍人们首次深入认识的一种自然界的混沌现象——大气运动中存在的混沌,并借此分析混沌的性质。
天气预报
1922年,理查森发表一篇报告《用数值方法进行天气预报》,构想如何用数学方法进行天气预报。其中有一个异想天开的幻想——天气预报厂——基于许多人操控计算器,最终实现实时的、甚至超前的天气预报。
1950年,美国 ENIAC 计算机就作出了天气预报方面首例成功的计算。1953年,普林斯顿 MANIAC 计算机表明,正常天气预报是完全可行的。
用数值方法进行天气,实际上是在已知区域内所有点的各种变量初值(气压、气温、适度、风速等),以大气的运动方程作为运动规则,基于对微小时间步长的无限次迭代,得到将来的天气。由于计算模型和计算机精度的原因,我们所构建的看似连续的模拟模型实际上都是离散模型。如在模拟中,时间都是为微小的步长嘀嗒嘀嗒地向前,而不是连续地流逝。所有数只能以计算机所能表达的最小的浮点数的倍数变化。
天气预报的模型非常复杂,用于天气预报的计算机必须以惊人的高速运行。由于模型精细化的欠缺以及在迭代中误差的积累,要在长期时间内精确进行天气预报是不可能的,尤其是无法预报天气模式的突然变化。历史上已经存在很多天气预报的失败案例了。到目前为止,进行长期的天气预报仍然不可能。