异常气象使天气预报失常

从17世纪开始人们才利用现代科学的方法预报了天气。现在虽利用人造卫星或雷达等高科技在预报天气，但报准的也只达80%左右，平均每周总是有一两次报不准。因气象现象本身是极为复杂，例如一个地域的气象将受到整个地球的气象影响，距地球表层几十公里处高空的气象也很复杂，还与地球表面的山，溪谷、平原、海等的形状与大小也有很大关系。

现在气象厅把对气象会产生影响的各种条件都尽量考虑之后，运用流体力学等方法把各种因素制成数学模型并利用超级计算机处理。但从目前的科技水平而言，无法使天气预报达到完善的地步，这是因为无法把影响气象的全部因数都制成数学模型，能观察到的有关气象资料仍有限。

气象厅虽收集本国、邻国、世界各国的气象资料并运用超级计算机处理，但其资料达3亿件，况且要作一次预报就要经过超级计算机工作两三小时。由于数据之多和资料之复杂，要作一次气象预报就要聚集科学的精华。

异常气象是妨碍报准天气预报的重要原因之一。由于气象是千变万化，正常与异常之分是困难的，以往气象厅把每30年而世界气象组织把每25年左右发生的一次现象规定为异常气象。但最近这种异常气象却经常出现，当然这不限于气温或降水量。1989~1990年冬季出现了长时间的暖和天气，大多数人很自然地把这种不寻常天气视为异常现象。若樱花或油菜比往常较早开花时，谁都易把这种现象视为异常气象。

据气象资料显示，日本的月平均气温达到异常高温或异常低温的次数似乎在增加，如50年代有25次，60年代有28次，70年代有33次，80年代与70年代大致相同。降水量的异常次数在50~70年代也趋向于增加，80年代与50年代大致相同水平。由于异常气象并不是按一定的倾向出现，况且各地域之间也存在着差异，所以要报准预报就更难了。

今天的气象学之所以取得进步，主要的是靠运用计算机、气象卫星、雷达等先进的工具来取得与以往的气象要素不同的情报并在处理这些情报的技术有了很大进步。1988年，气象厅购置了超级计算机，从而使输入的气象资料的数量大为增加，处理这些气象资料所需的模型的规模也大为扩大。为此，对预报气象的准确率也从原来的60%提高到80%左右。

能提高预报天气准确率的三大件

现在的天气预报已离开不了使用高科技，现在气象卫星、雷达、地区气象观测系统［AMEDAS-Automated Meteorological Data Acquisition System］被视为在气象观测中的三大件。

日本的气象卫星都是命名为“向日葵”的静止卫星，它们都位于东京南部东经140度的赤道上空。1号卫星在美国发射，2号卫星于1981年8月11日由日本种子岛的宇宙中心，用本国的H-Ⅱ火箭发射的，3号卫星是招84年8月3日，4号卫星是1989年9月6日由种子岛用本国的火箭发射的。

向日葵气象卫星的任务是拍云的照片及测云的温度。从卫星照片看到的云与在电视出现的天气预报的一样，因能清楚地看出云的图样变化，它对天气的预报很有用。向日葵气象卫星每天能对云进行28次摄影，摄影时用可视光线和赤外线两种。用赤外线拍云的照片时，就能知道云的温度及其高度，若用可视光线拍云的照片时，就能知道云的密度。从这两种类型的照片中大致上可推测到在该云层中的什么地方在降雨。

观测气象用的雷达的任务是，通过捕获那些碰到大云块或雨点反射出来的电波去侦探云的动态。通常是用波长为5.7厘米的电波，用这种波长可捕住大云块或雨点，但这种波长的雷达无法去捕住小云块。所以，现在经常还用毫米单位波长的雷达。当云的小颗粒逐渐变大时就会形成雨点而落到地面上。把气象卫星与雷达并用时，云变成雨点的情况就一清二楚，这对预报天气是有很大好处的。

地区气象观测系统的任务是把在各地区观测的气象资料自动地传递到气象中心站，这是气象厅为观测各地区气象而在全国设立的系统。全国现在约有1300个自动观测站，即平均起来，在约每300平方公里范围内设立一个自动观测站。现在所有的观测站都能自动地报道雨量的资料数据，但其它的气象要素是因观测点之不同而不同。

各地区的自动气象观测站每小时要把观测到的风向、风速、气温、日照时间、积雪厚度等资料利用电话线输送到东京气象厅的中心站。这个气象中心站用计算机处理这些来自全国各气象站的资料的同时，还要处理由世界各地传输来的气象资料，而后编成天气预报所需的情报送往全国各地的气象台。各地气象台也可向气象处理中心站索取所需的有关气象资料。

现在气象厅使用三台通用计算机和一台超级计算机。通用计算机用于处理国内的气象资料及通过气象卫星用联机从世界各国传送来的气象资料。然后再用超级计算机作气象的模拟图形以便用于预报天气。

通用计算机和超级计算机是互相连接着，而且资料也可互送，每天要搞两次这种预测作业。现在的天气预报机构可以说是集中了高科技的精华，其通信网也是遍及于世界各地。就是这样，目前预报天气的准确率也只达到80%左右。

下一代计算机的威力

若用于天气预报的手段的性能不变，即使更精密地观测和分析，对预报千变万化的天气的准确率是无法不断提高的。因即使把复杂系统的各部分的机理弄清了，当把其各部分都汇集在一起，以此要抓住整个动向时，势必会产生奇怪的结论。这正如医学各部分要研究人体中属于各自领域的机理，但把各个领域里的机理汇集在一起时仍难于说明人体的情况一样。气象现象正如复杂的系统，无论观测或分析得如何精密，要说明复杂的气象现象仍是有限度的。

将要登上舞台的下一代计算机是，超超高速计算机、模糊计算机、神经元计算机或把这三者集中在一起的计算机。

普通的计算机把程序中的同一个指令要执行好几次时，每一次都要把指令取出来读出，即要反复地执行好几个步骤。超级计算机的情况就不同了，只要取出一次命令就行。因计算机处理数据的器件是用半导体制成的，所以如果用运算速度快的钾化镓半导体或约瑟夫逊器件，计算机本身就能达到高速化。目前许多国家都在积极开发运算速度比目前的超级计算机更高速的超超高速计算机，开发的重点在于生产出运算速度更快的新型半导体，同时也对处理命令的结构在想点子。现在最先进的超级计算机每秒钟的运算可达约50亿次，但在若干年后将问世的。超超高速计算机每秒钟的运算可达到5000亿次，后者是前者的100倍。

1965年，加里福尼亚大学教授扎德等人提出了模糊理论人们据此开发了能理解和执行模糊理论的计算——模糊计算机，简单的已上市。

若在普通的数字计算机使用模糊控制时，其程序就庞大而且势必需要花好多时间去运算。日本正在积极研究模糊控制理论的应用，使模糊计算机的应用范围能扩大到产业和社会的更广泛领域。目前在电车、电梯、家用电器制品的领域已开始使用其控制操作。

脑的神经细胞叫做神经元，模仿脑的作用［功能］的计算机叫做神经元计算机。在人脑里有无数个神经元而且它们之间互相连接着。一旦对其中一个神经元给予好几种刺激时，神经元就会兴奋起来或被抑制，其信号也将传到下一个神经元。在无数个神经元之间互送这类的信号，脑就向手脚发出动作的命令或感觉到其音声。

由此可见，若把神经元计算机与各种传感器或输入装置相连接起来并输入数据或知识等情报时，就要判定其输出情报是否对输入情报的正确反映。若发现其答案不正确时，就要教给其正确情报，这时神经元计算机就要不停地学习并总是会输出其正确的答案。

预料到了90年代后半期时，这种神经元计算机将达实用化阶段。当以上三种类型的计算机能合而为一体时，具有接近于人脑功能的超高速的下一代计算机就能制成。若用这种下一代计算机来处理极为复杂并具有无数个气象资料数据时，下一代新型计算机必将通过学习后得出准确的天气预报。即这种计算机本身的结构就变成始终能预报准正确天气的构造。这将比人为的数学模型结构具有更优越的特征。

预料21世纪初的天气预报准确率将超过95%

约10年前，许多日本人在议论着“不需要气象厅”的问题，那时预报天气的准确率并不高，只达到67~68%左右。另一方面同样天气情况继续两天的概率也同样达到67~68%。即如果今天是晴天，那明天也将是晴天的概率约达到67~68%，所以只要以今天的天气为准就可预报出明天的天气情况，既然其准确率大致相同，那何必要设立气象厅这样机构呢？这就是出现不要气象厅论的原因。

现在因用气象卫星、雷达、地区气象观测系统，超级计算机来预报天气，所以其准确率达到80%。因下一代计算机具有非凡独创性能的计算机，所以用这种计算机预报天气的准确率将大大地提高，预料21世纪初的天气预报准确率将超过95%。周间预报和月间预报等的长期预报准确率也随之而大为提高。

［Voice（日），1990年10月号］