天气预报并不完美，但正在变得完美

覆盖地球的大气层包含约 5,600 万亿吨空气。它可以用闪电、暴雨、热浪和龙卷风袭击地面，也可以用微风或雪花轻抚地面。正如过去几天提醒我们的那样，预测这一巨大、翻腾的风和水将会带来什么后果绝非易事。

但我们的预报能力——至少在预测未来几天气温有多热方面——取得了令人瞩目的进步。据总部位于俄亥俄州哥伦布市的一家评估天气预报准确性的公司 ForecastWatch 的最新报告显示，过去 12 年来，高温预报能力已显著提高。事实上，我们确定第二天最高气温的能力已提高了近 1 华氏度，创始人埃里克·弗洛尔说。

这听起来可能不算什么进步。但天气预报关系重大，当一个国家面临自然灾害时，准确度的相对小幅提升就能带来巨大改变。随着天气预报变得越来越复杂，你可能会意识到，它们已经渗透到其他技术领域，无害地改善了更典型的日子。

“我们正处于天气使用方式的大变革之中，”总部位于科罗拉多州博尔德的 Global Weather Corporation 联合创始人兼首席技术官比尔·盖尔 (Bill Gail) 表示，该公司为公用事业和其他企业提供天气预报。“十年后……我们这些已经使用天气信息的人将以 100 倍的频率使用它，甚至都不知道。”

天气，到处都是天气

拥有可靠的天气预报有一些明显的好处，比如在飓风（如最近的哈维）来临之前发出预警。预测飓风的路径对于让人们远离危险至关重要。不过，逃离风暴可能代价高昂。据估计，在飓风来临之前撤离每英里海岸线的成本为 100 万美元。而且，就像上周休斯顿的情况一样，很难确定强制撤离是否弊大于利。未来拥有更精确的预报可以减少不得不寻求庇护的人数，并帮助那些处于恶劣天气路径上的人们做出关键决定。

但除了灾难性事件之外，不太重要的天气预报需求仍然会累积起来。每年，美国公司因天气相关问题损失超过 5000 亿美元。弗洛尔说，他为在决策过程中使用天气预报的企业以及向公众提供天气预报的团体提供咨询。

有时，他们会与体育团队合作，预测一场比赛可能会有多少人来观看。这意味着他们必须将天气因素纳入计算，而这并不是一件简单的事情。如果一支球队指望球迷购买周五比赛的门票，他们必须考虑几天前的天气预报。有时，“那个人看了周三的天气预报，说‘你知道吗，如果有 50% 的概率下雨，我就不会费尽心思在周五下午去看比赛了’，”弗洛尔说。“不管周五是否下雨，消费者都是在周三做出决定的。”

电力公司需要准确的天气预报来预测其服务区域内的人们将使用多少能源。“启动发电机需要花费很多钱，而且需要时间，所以如果你要浪费能源，你就不想启动它，”弗洛尔说。“在能源行业，即使平均准确度只偏差半度，也确实意味着底线节约。”

供应商还必须估计他们能从风力发电场或太阳能发电场产生多少电力。盖尔说，如果一天的风力比预期的要小，他们可能不得不在能源现货市场上购买电力来弥补差额。他的公司 Global Weather Corporation 现在为 Xcel Energy 提供风力预报。Xcel 为八个西部和中西部州提供服务，其近 20% 的电力来自风能。2015 年，Xcel 估计预报的改进为其客户节省了 4900 万美元。

天气预报员越来越多地回答超出天气本身的问题。暴风雨来袭时，电线可能会被吹倒。但有些电线比其他电线更容易受到损坏，比如穿过树木的电线。公用事业公司必须决定是否需要从其他城市调来卡车，并将其派往最有可能在暴风雨中受损的地区。盖尔说，过去，天气预报员只会通知他们某个地区可能会遭遇大风或其他暴风雨天气。“他们告诉我们的是，不要告诉我们结冰或风或类似的东西——提前一天告诉我们应该把我们的人员停在哪里……这样他们就可以在电线断线时迅速做出反应，”盖尔说。

感受到热度

预测从测量温度、风或湿度等要素开始。这些观测数据由气球、卫星、地面气象站和其他设备收集，并输入计算机算法，其中许多算法由国家气象局等政府机构运行。盖尔说：“计算机模型基本上是整个大气层的复制品——它如何移动，以及进入大气层的能量。”这些模拟可以填补观测稀疏的空间，然后预测未来会发生什么。

预报员收集这些天气模型并寻找出现的趋势。“每个人都会把这些模型整合在一起，但他们整合的方式可能不同，”Floehr 说。商业预报员可以定制他们的输出以回答他们合作的企业感兴趣的特定问题。不同的供应商对某些类型的预报做得更好。“没有一家供应商在所有指标上都是最准确的，”Floehr 说。

他和他的同事通过观察一段时间内实际温度和预测温度之间的差异来确定准确度，并建立了十几年的预测。为了撰写新报告，他们每天收集美国 750 多个地点的天气预报，以及机场和中央公园等地标气象站实际温度的信息。从 2005 年到 2016 年，他们跟踪了 10 个预报员的预测，包括天气频道、AccuWeather 和国家气象局。

我们预测气温的准确度因季节而异，冬季会稍有下降。但在过去 12 年里，弗洛尔和他的团队发现，每日最高气温的预测已经全面变得更加准确。预报可以准确估计明天的最高温度，准确度在 80% 的时间内与实际最高温度相差 3 度以内。之前，误差幅度接近 4 度。

五天预报的准确性有了进一步的提高，平均提高了近 1.5 度。大约 57% 的五天预报与实际温度的误差在 3 度以内，而这一比例仅为 44%。

弗洛尔说，如今我们预测未来三天的最高气温的能力，就和 12 年前预测明天的天气一样准确。而且，我们的五天预报平均水平与 2005 年的三天预报一样准确。

他计划针对低温（可能在明年）和降水量制作类似的报告。他还注意到商业供应商的改进速度比国家气象局更快，这可能是因为他们拥有更多的创新自由，并计划在未来的报告中对此进行调查。

路还很长

我们的天气预报越来越准确，我们要感谢一些事情。

我们的设备在不断进步——美国宇航局于 11 月发射的 GOES-16 卫星扫描地球的速度比以前的卫星快五倍，图像分辨率也更高。

我们可以设计出在越来越精细的尺度上运作的模型。盖尔说：“我们可以专注于几英里宽的地形，而不是跨越数十英里的地块。”

我们对大气如何运作以及雷暴或其他扰动如何演变的理解也越来越深入。

然而，我们还有很长的路要走。“你最终要面对的是一些本质上不可预测的事情，”位于马里兰州学院公园的国家气象局天气预报中心预报业务部门负责人 Greg Carbin 表示。“在未来的某个时期，无论你的计算机模型有多好，大气的混乱程度都会影响你的可预测性。”他说，对于大多数预报来说，这种情况发生在大约 7 到 10 天。

大气中有些元素我们仍难以预测。龙卷风之所以可怕，而另一场龙卷风却短暂，其中的复杂细节我们了解甚少。雷暴等其他事件虽然常见，但只发生在很小的区域。我们猜测飓风强度的能力也还处于起步阶段。飓风哈维开始接近陆地时，预报员对它的破坏力有着非常好的预测，但他们不愿根据现有证据相信最糟糕的情况——而这场风暴仍然带来了一些可怕的意外。“你不可能追踪整个大气中的每一个空气分子，”盖尔说。

美国地理环境多样，天气变化多端，对天气预报员来说是个难题。盖尔承认：“美国的天气比欧洲的天气变化多端。”而且，我们仍有许多空白需要模型填补，因为那里的气象站较少。

我们数据中的这些漏洞不仅仅对生活在预报设备稀少地区的人们有影响。随着你的预测越来越偏远，你不仅要知道你居住的地方发生了什么，还要知道世界各地正在发生的扰动。“今天的天气来自几天前世界其他地方的天气，”盖尔说。“你必须知道西伯利亚发生了什么，才能知道几天或一周后美国会发生什么。”

除此之外，随着事件的临近，预报员对事件的预测可能会变得不那么准确。卡宾说，预测的规模越小，预测就越困难。“人们认为，事件越接近，预测就越有信心，但事情并不总是这样，”他说。“也许（6 月底）我非常有信心，雷暴很可能会中断 7 月 4 日的烟花表演。但在活动当天，根据烟花表演的位置，雷暴可能会 [在] 10 英里外，根本不会中断活动。”

幕后

尽管如此，我们的预测越来越准确，而且这些改进可以通过多种方式挽救生命。大约 22% 的车辆事故与天气有关；每年约有 5,900 人死于此类事故。“这相当于每周有一架客机坠毁，但没有人真正关心这件事，”盖尔说。“准确、可靠的信息可以告诉你哪里的道路会很滑，这将产生巨大的影响。”

全球气象公司正在预测美国、欧洲和中国道路的光滑程度和结冰程度。这些信息将提供给联网汽车，这样当危险情况即将出现时，司机就会收到警报。

“以前，天气预报对路面状况没有多大帮助，因为没有司机能真正得到这些信息，”盖尔说。现在，汽车公司提供可以显示天气信息的车载通信系统。不过，“天气信息有点隐藏在菜单选项中，”盖尔说。“它应该是你开车时随时会出现的东西。”

很快，地图就会自动在建议你走某条特定路线时显示天气预报。盖尔说，不久之后，我们将在幕后做出的决策中融入天气预报，这样你就可以从天气预报中获益，而不必刻意考虑天气。

“未来，你会在手机上获得与你的日程安排、你开车去的地方以及你一天中所做的各种事情相关的天气信息，”盖尔说。“以前的模式是，你看地图……然后得到天气信息，并试图在脑海中将两者结合起来。你为什么要这样做？你的应用程序为什么不应该为你做这些？”