天氣預報的挑戰

岑智明

當天氣急劇變化，預報又未能準確反映，大家很自然會想起「天有不測之風雲」這句說話。究竟這話有沒有科學基礎？天氣預報往往不能夠完全準確，這是否計算出現問題，或是科學尚有不足之處呢？

還記得上中學第一課物理的時候，就是唸牛頓力學。從牛頓定律，就可以準確計算每一件物體的移動，從砲彈到火箭，以至行星的軌跡和速度，一切都在掌握之內。雖然二十世紀科學出現了相對論及量子力學等新理論，但牛頓力學在一般日常生活上的應用，包括天氣預報、建築設計、飛機工程等，仍然適用。近年來，隨著高速電腦的發展，以牛頓力學為基礎來模擬天氣的變化，一般稱為「數值天氣預報」，已經成為預測天氣的一個主流。

為了使「數值天氣預報」更加準確，科學家雙管齊下：一方面深入研究大氣的複雜及微妙的變化，例如颱風內部結構，雷暴生消過程等，務求精益求精，改善模擬天氣的方法；另一方面加強氣象觀測，例如增加觀測點，發展衛星及雷達技術等，從而獲得更多氣象資料，以供預報之用。其實，氣象人員在過去十多年來不斷朝著這兩個方向發展及改進，現在要準確預測全球未來數天的天氣情況，已經相當有把握。當然，要達到更完善及更精確的「數值天氣預報」，需要有比現在更快速的電腦配合，才可以充分發揮。

如此說來，我們是否能夠準確預測未來一個月、甚至未來一年的天氣變化呢？「天有不測之風雲」這句話會否成為歷史？直至十九世紀末，科學家對傳統力學的理解頗為簡單：無論是大氣、鐘擺、火箭或行星的運行，只要能掌握箇中原理，便可以準確預測它的變化。然而，在過去數十年，科學家開始發現牛頓力學所描述的世界，並非如此簡單，從而出現了一套「混沌」理論。

發展「混沌」理論其中的一位先驅者是氣象學家愛德華．洛倫茲（Edward Lorenz）。1960年代初，洛倫茲利用計算機進行「數值天氣預報」試驗。他發覺只要輸入的資料存在些微差異，便足以令計算結果出現極大分別。這正表示，由於實際上氣象以至任何觀測都存在誤差，「數值天氣預報」在一定程度上也具有不可預測性。「差若毫釐，謬以千里」正好形容這種情況。洛倫茲這個發現，很多人稱為「蝴蝶效應」。這名稱或許出自洛倫茲在1972年以「可預測性：一隻在巴西翩翩起舞的蝴蝶可否於德克薩斯州引起龍捲風？」為題的演說，但它亦與洛倫茲的發現有明顯的關係。圖中酷似一隻蝴蝶的圖案其實就是洛倫茲的「數值天氣預報」試驗得出來的數據。蝴蝶左右兩翼代表了他發現的兩組由於些微的改變，而導致極不相同的計算結果。

表面上，「混沌」理論看來非常深奧，但其實它與我們日常生活息息相關。從浪花的變化、龍頭上水滴的節奏、閃電的位置、到股票市場的波動、「六合彩」攪珠的結果，都存在「混沌」理論所描述的不可預測性。

由於「混沌」理論的出現，氣象學家近年已考慮到觀測資料不足對「數值天氣預報」的影響，從而評估每一個預報的可信性。但無論如何，「混沌」理論已對長期天氣預報的發展起了很大的影響。它清楚地表示：我們在預測天氣或其他自然現象的能力頗為有限。在我們不斷努力追求更準確預測的同時，看來亦必須認識存在於大自然的極限。古語有云：「知之為知之，不知為不知，是知也」是否就是這個意思？

洛倫茲的「數值天氣預報」試驗得出來的數據，
圖案看來酷似一隻蝴蝶

﹝文匯報 2000年3月17日﹞