预测恶劣天气，我们需要超级计算机

“广东省政府应急办、省气象局发短信提醒：近期我省雷电、大风、龙卷风、冰雹、强降水等恶劣天气多发。如遇到，请躲进安全建筑物，远离树木、广告牌、简易搭建物等。”

进入三月，每次收到这短信，总有一种错觉：2013 才是世界末日。在气象部门工作的朋友最烦别人问她一个问题：“你们天气预报怎么都不准的？”也许正因为预测技术瓶颈难以突破，气象部门才一次性覆盖了未来半年可能发生的恶劣天气，来者不善，什么时候来说不准。

这也不能怪一个部门或机构，天气预报在全球范围内都是一个难题。The Verge 介绍，今时今日，科学家可以通过超级计算机等途径，纳入数百万微小的变量，模拟地球几百年后的气候变化，但他们仍无法得知云的秘密。

云是令人难以捉摸的现象，其变化更是牵一动百。它们控制着降水，实现着全球的水循环，还影响着气候变暖和变冷，甚至还是全球循环风的驱动者。但人们对云知之甚少，比如它们为何在此处形成？为何有些是集体活动？为什么它偏要在这个点下雨？

华盛顿大学大气科学家 Yen-Ting Hwang 告诉 The Verge：“气候将如何变暖取决于未来的云将如何变化。而云特别难以模拟。”

加州大学伯克利分校地球与行星科学教授 David Romps 从 2011 年开始率领六人团队，研究云动力学。他经常前往劳伦斯·伯克利国家实验室，那里正是美国能源部官方超级计算机部门所在地。最近，Romps 的团队在研究垂直运动，即云的上升速度。

“这是一个基础的信息，但很难获得，因为直到最近，人们才有念头将飞机开到高对流层，而我们对此没有合适的指南。”他表示。

除此之外，还有不少的云动力学和大气科学研究者从事研究工作。“我们很清楚我们正与时间竞赛，不管我们是否喜欢，我们都将面临二氧化碳增多的结果。但我们可以在这些结果出来前先一步得到一些预测。”Romps 坦言。

而这场与时间的竞赛需要借助一些重要的工具，大气环流模型就是其中的一个。这个模式具有复杂的数学方程，借助超级计算机来模拟整个地球的自然环流。联合国和大部分科学家都使用这个模型来预测气候变化。

然而在模型中，大部分的大气现象仿真面积都超过方圆 100 公里。而大部分云的运动范围要小得多，约 1 公里，相对仿真的大气现象，云的变化范围太小了，以致于无法建立局部全面的模型。

为此，他们必须借助更小范围的模型来进行云的仿真。比如对流参数化，采用于卫星和飞机所收集的观测数据进行建模。或者使用高分辨率数值模拟，它可以将云科学转化为视频游戏。在这种方法中，科学家扮演着上帝的角色，呼风唤雨，从而可以随时观测到云运动中发生的一切——气压、风、水。

当这些小模型越来越精确，利用它们可以提高大范围模型的精确度。而大范围模型已表明，随着大气中二氧化碳数量增至工业化以前的两倍，全球平均温度将上升 1.5~4.5 摄氏度。这个可能将在本世纪末成真，但科学家希望能够通过理解云运动规律，最大程度地缩小气温变化范围。

我想，会不会有一天，我们手机里的芯片也足够强大，能够支持观测身边湿度、压强、温度的变化，传输数据至云端，从而使科学家拥有更多详细的参数变量，完善模型，实现更准确的预测？

题图来自：bigthink