去年底订阅了《气象知识》杂志,每隔两个月便收到一本,内容没有技术深度,很适合大众了解气象相关知识。之后阅读了《地球气候简史》和《中国电力与能源》,对气象有了更系统的认知。
气象机理
气象是个比较抽象的概念,但将气象与大气运动联动起来就具象化了。气象本质上是大气运动,简单理解是太阳照射大气冷热不均,促进大气运动。更深入的是地球公转/自转以及生物、植物、岩石、海洋等共同作用影响大气运动的结果。
雨是冰下降过程中随着温度上升逐渐成雨,云是水汽团,雾则是接地云,风则是不同气压空气流动的结果。南方梅雨季节期间会在一定时间持续降雨,主要跟雨带有关系。大众熟悉的厄尔尼诺/拉尼娜则是东西太平洋气流运动的结果,影响到我国南北旱涝情况。国内台风通常起源于西太平洋印尼和菲律宾,随着副热带高压变化。
气象本身是大气运动,大气作为流体,遵循流体力学的基本规律,未来状态与现在状态具有因果关系,这一点决定了天气的可预报性。通过构建三维物理方程可以模拟因果关系,将全球气象观测数据,代入数值天气预报方程,经过超级计算机计算获得天气预报的结果。这是目前主流模式天气预报的做法。
通常来讲,预报时间越临近,天气预报越准,而随着时间的拉长预报准确度下降明显。机理角度上讲,是30天以上大气运动是非线性,不存在因果关系,存在不可预测的问题,时间越长,只适合概率或趋势预测。30天以上,数年、数百年、数万年的预测被称为气候预测,如今我们面临的气候变化,便是这个维度的问题。温室效应带来了温度提升,通过加速水循环,更容易出现暴雨洪涝和高温干旱等极端天气。
《中秋节阴雨连绵,聊聊对天气预报发展的思考》里提到天气预报的发展史,起初人们通过天气图人工做天气预报,后面通过计算机做数值天气预报,如今到了AI时代,通过AI做天气预报。随着观测设备和数据越来越丰富,气象预报上限也越来越高。
气象与历史
《气象杂志》里有一篇探讨气象影响北魏迁都的问题。北魏起初定都大同,后迁都到洛阳。除了洛阳更利于统治中原以外,很重要的原因是洛阳气候适宜,比「苦寒之地」的大同更利于贵族居住生活。
几年前,到银川水洞沟景区游览,水洞沟半穴居的住房结构令人印象深刻,之后观看短片,里面提到了气候变化,导致水洞沟的人类只能被迫远离家乡,迁徙到其他地方。
历史上农耕文明和草原文明的冲突与融合,重要的驱动力便是草原生态脆弱和气候恶劣,出现问题后,草原民族出于生存原因南下。历史上盛极一时的吐蕃王朝对唐朝构成了极大的威胁,之后青藏高原气候变化,吐蕃王朝迅速衰落。华夏朝代更迭,很多也受到了气候影响,出现干旱粮食歉收,人们活不下去,出现朝代更迭。
气象条件,作为人类生产生活重要的外界约束条件,对人类历史影响很大。回到现代,气候变化正在发生。《地球气候简史》,通过探讨太阳辐射、地球板块运动、地球自转及公转轨道变化、火山喷发和洋流影响,都不足以导致短期的气候升温,从而证明人类活动带来了气候的显著变化,进而呼吁人类采取行动。
轰轰烈烈的全球「双碳」运动,带来了生产生活的深刻变化。
气象与能源
全球变暖导致极端天气频发,「双碳」是在这样的前提下出现的全球运动,回到《中国电力与能源》,立足于中国自身情况,适应自身需求兼顾气候变化。
中国能源特点是多煤少油少气,并且能源需求中心与能源生产中心不匹配,用电负荷中心与发电中心时空不匹配。
需要开采能源,在西部和北部形成风光新能源、煤、气、石油大能源基地,另外考虑化石能源运输成本高、环境污染以及土地开发空间等问题,更适合通过转化成电力的方式传输,通过电网特高压传输,实现资源更大范围配置。
多煤少油少气的国家能源禀赋,一直存在能源安全问题。因此大力发展风光等新能源发电,下游应用大力发展新能源电动汽车以及生产电力化水平,降低对外部依赖。《中国电力与能源》写于十几年前,战略视野相当高。
风/光新能源对气象条件依赖较高,从而带动国家对气象研究与应用的需求越来越重视。