天气为什么可以预报?

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这是一个涉及面非常广的问题,我尽力把我知道的说一下。 首先谈大气科学这个学科。大气科学是研究大气运动的规律,从而服务于人类的一门学科。这些运动是有规律的,所以我们可以用一些物理量来表示这些规律(可以用数学方法进行量化),把这些物理量加以整合就可以形成对某段时间乃至某一地点的气压、气温、湿度等预测值。这就是天气预报。不过这里需要指出的是,目前人类所拥有的技术只能模拟10天左右以后的气象状况,超过这个时间就会存在不确定性。

为了进一步说明这个问题,我们简单回顾下影响气候要素的因子——辐射、水汽、二氧化碳、火山喷发等等,它们都有一定的周期性。例如水循环的过程就要涉及到温度、气压、饱和蒸气压等诸多因素,这些因素相互影响又形成了新的周期。而卫星测量的辐射数据正好可以为这些因子的诊断提供很好的依据。大气中的水分不仅与地表的水循环有联系,而且可以通过大气环流传输到其他区域,进而改变本地的水汽条件;大气中的碳循环也与植物的光合作用和微生物的活动息息相关。所以,从大气中搜集的各种信息——辐射的、水的、碳的,通过相应的统计方法就可以大致确定当前及未来一段时间内气象变化的大致方向。当然,这只是一个简化的例子,实际上要复杂得多。

再谈到AI的方法,这里我只需要提到神经网络就可以了。在建立好模型以后,输入相应的初始参数,通过训练就可以得到一个能够实现自学习的模型。在这个模型里面,参数的学习是通过误差反向传播的方式来完成的。当完成所有参数的学习以后,输入没有见过的新数据,就能得到相应的输出,也就是对未来情况的预测。

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