气象学·地球 | 为什么天气预报报不准？
徐来
2017-10-17
世界好大，奇妙的事情每天都有，我们一起去发现吧！
气象学·地球 | 为什么天气预报报不准？
| 暖爸型转述师 | ：金北平
徐来
今天，我先猜一个情况，在你们家里，一定有一个人特别喜欢看“天气预报”。而且是中央电视台《新闻联播》结束后的那个天气预报。每天晚上七点半，跟上了闹钟似的，到点儿就必须开电视，看天气预报，而且还得全部看完。
我没说错吧？你家里一定有一个人，特别喜欢这样做吧——你问我为什么猜得这么准，那是因为我家也是一样，有这样一个人呗。
在几十年前，大家不像是现在，很容易就可以通过各种途径得到天气信息，大家能看到的天气预报不多，而这些天气预报里，又以中央台这一个，显得最正式、最权威，所以，很多老年人都养成了必须要看这个天气预报的习惯。
但是看多了，你或许也发现了，即便是最权威的天气预报，其实也并不是非常准确的，经常会出现它报晴天，结果下雨，它报下雨，结果多云的情况。哪怕是最爱看天气预报的那位，也经常会发出类似的抱怨：天气预报为什么总是报不准呢？
天气预报是怎么做的？
要回答标题里的这个问题，就得先弄清楚，天气预报是怎么做的。
你一定听说过很多的和天气有关的谚语、俗语。比如说，有这么一句“朝霞不出门，晚霞行千里”，意思是说，如果早上你能看到朝霞，那天你就别出门儿了，因为会下雨；如果傍晚看到晚霞，那预示着接下来会是好天气，适合出远门。
这些俗语谚语，看上去说得都头头是道的，但是你如果有心，专门记录一段时间就会发现，它们说得也是有时候准，有时候不准。这个倒不难理解，因为 这些关于天气的俗语、谚语，都是古人观察生活之后，归纳总结出来的经验，不能算是依据。
天气预报一开始也是依靠归纳总结。科学家们发现，某一个时间的天气，总是会受到一系列因素的影响，比如风的大小、速度，云的数量，空气的温度、湿度等等。每一种因素，又会受到其他因素的牵制，比如云的数量就受到风的限制，风的大小又受到空气温度的影响……然后，各种因素彼此纵横交错，构成了一个非常非常复杂的系统。所以，他们会去通过各种方法，测量这些因素的数据。
但是测量到数据之后该怎么办呢？幸好，科学家们从很早以前就开始记录各个地方的天气了。有些连续的天气记录长达几百年时间。通过这些记录，科学家们可以大致总结出各种因素对天气情况的影响如何。然后，他们建立了一个巨大的数学模型，把相应的数据放进去之后，就能计算出接下来的天气情况了。
你能分清楚这些符号代表的天气情况吗？
计算机可以得到精确的预测结果吗？
那些归纳总结天气情况的人，被称为气象学家。最初，气象学家们只能靠自己的手，借助纸笔来统计过去的天气情况，推算未来的天气走向。结果准不准，很大程度上也得看运气。
后来，冯诺依曼——还记得吗？我给你讲过冯诺依曼的故事，那个穿衣服特别讲究的、很有钱的科学家，他制造了世界上第一台现代计算机。计算机的运算能力非常强，能够处理相当复杂的任务，比用纸和笔来运算的人类要快得多，也强大得多。
很快，计算机就被用到了各个领域当中，其中就包括气象工作。大家发现，这个家伙算得可比人算得准多了，也快多了。所以，那个时候，气象学家们都是信心满满的。他们相信，计算机的运算能力会越来越强，借助这种运算能力，天气预报也会越来越准确——最终将会达到永远准确，不犯错误的程度。
可就在这个时候，有一位气象学家突然站起来说，不对，不是这样的！这位气象学家叫爱德华·洛伦茨。
洛伦茨，一开始也是信心满满的用计算机做天气预报。他设计了几个和天气预报有关的数学方程，然后尝试用计算机去求取结果。有一天，他正开着计算机运算，忽然觉得有点儿累，想着去泡个咖啡喝。于是，他暂停了计算，把当时计算的结果记录了下来。然后，又将这些结果重新放进公式里，继续跑数据，自己就泡咖啡去了。等喝完一杯咖啡，他重新回到电脑前，看到显示的结果大吃了一惊。
他发现，这一次的计算结果，跟之前的历次计算都不一样，偏离了好多。接下来，洛伦茨验算了好多次，可结果还是一样。他都开始担心，是不是计算机坏了？
什么是蝴蝶效应？
洛伦茨没有放弃。他认真地思考了一下这个问题，终于明白了，计算机没有坏，坏是坏在他中断计算的时候，抄下来的那几个数字上。原来，问题出在小数上。你学过小数的概念了吧？比0大一点儿，比1小一点儿就是小数。本来，计算机运行那个公式的时候，会把运算结果精确到小数点之后6位。但是显示的时候，为了节省地方，只显示3位。所以，实际结果和洛伦茨记录的结果，不完全一样，差了那么很小很小的一丢丢。
虽然只是很小的一丢丢，但是把这个数据再次代入公式之后，计算出来的结果却差了许多许多。看起来是很细微的差别，但最终却影响了结果。这个事儿给洛伦茨带来很大的启发，他想，诶，咱们计算天气的时候会不会也是这样，很多数据，只有非常小的差异，但是预测的结果却差别很大。
洛伦茨把这个想法写成了一篇论文——当然，这只是一篇非常非常枯燥的数学论文。只不过，他打了个比方，来说明自己的这个发现，他说：一只普通的海鸥，扑腾了一下翅膀，为空气增加了一个变量，但是这个变量可能造成一系列后果，并给天气带来巨大变化。
几年之后，他参加一个学术会议，然后在这个会议上做了一个演讲。在演讲的时候，洛伦茨把这个比喻改动了一下，他说： 一只蝴蝶在巴西扇动了一下翅膀，就有可能在美国引起了一场风暴。这就是我们熟知的“蝴蝶效应”
这个比喻太成功了，让所有人都记住了洛伦茨的发现。现在，大家都会用“ 蝴蝶效应 ”（Butterfly effect）这个词来描述，一件微小的事物，有可能引起一系列连锁反应并且导致严重的后果。
不过要注意，如果你真的完全这样理解“蝴蝶效应”，有可能是曲解了洛伦茨最初的意思。因为洛伦茨其实只是在说明“天气预报为什么会不准确”，因为在一个复杂的系统当中，想要预测一个小变化造成的影响，其实是不可能的。
博物学家养成记
今天我们讲了“蝴蝶效应”，它是用来解释为什么天气预报总是不太准确的。实际上，有很多用动物的名字来命名的各种效应，除了“蝴蝶效应”之外，你还知道哪些呢？如果知道，在留言区和大家一起分享吧。
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今天我们学习了3个知识点：
天气预报要使用到前人关于天气的各种记录，在此基础上建立预报模型，然后准确测量各种天气数据，再把数据代入模型，才能得出；
美国气象学家洛伦茨因为一次偶然的偷懒，发现代入数学公式的数据，只要有非常非常微小的差异就会导致运算结果的巨大偏差；
洛伦茨用“蝴蝶扇动翅膀”作为比喻，来说明细小变化对结果产生的影响，并被后人称为“蝴蝶效应”。
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徐来
今天，是博物学陪伴你的第 189 天，恭喜你，又收集了一个新知识！下一期我们继续研究。
