几场秋雨下过，全国多地陆续进入了秋高气爽的金秋时节，如今正是外出郊游、登高赏秋的绝佳时期。
秋季虽然气候宜人，却也暗藏变数，一场大风便可以让气温“一秒入冬”。出行前，打开手机中的天气预报软件查看一下天气，已经成为人们出行前的必备环节。只需轻轻滑动页面，近至随后几个小时、远至十余天后的天气状况，都尽在掌握。
在这些人们能看到的气温、降水量、风力等天气数据背后，还有人们看不到的气象“黑科技”。这些不断发展的气象科技手段，正在悄悄地改变着天气预报。
各种观测神器是看天的“眼睛”
要做天气预报，首先要有观测神器，如雷达、探空球、气象卫星、气象站等，把观测的数据放到数值预报体系中，就像解数学题一样，经过复杂的计算，得出精确的答案，然后再进行发布。
观测神器中最牛的当属“风云”系列卫星。1988年9月7日，风云一号a星成功发射，传回首张卫星云图。如今，台风、暴雨、强对流、大雾、沙尘……每一次灾害性天气过程，都逃不出风云气象卫星的“火眼金睛”。截至目前，我国已经成功发射了19颗风云系列气象卫星，目前有7颗在轨运行。
据悉，2035年前，我国将建成第三代风云气象卫星综合观测体系，实现星地—星间协同智慧观测，全球观测数据获取和处理时效将达到1小时以内。“第三代气象卫星将实现精准预报，满足全要素、精细化气象观测需求，在气象预报、气候预测、大气化学、生态环境监测以及防灾减灾等应用领域起到主导作用。”中国航天科技集团八院风云三号卫星总体主任设计师陈晓飞描绘的蓝图令人振奋。
2021年6月3日，风云四号b星成功发射。资料图 赵冲 摄
收集数据是天气预报的基础
观测的目的是收集各种数据，没有数据，天气预报就是无源之水。
国家气象中心天气预报技术研发室副主任曹勇告诉科技日报记者，所有对于未来天气的预测都要从当下的天气情况出发，准确收集当下的天气数据是天气预报工作的第一步。收集数据需要依赖各类气象观测设施，比如人们在公园、草坪等户外场所经常能看到的百叶箱，就是最常见的地面气象观测设施之一——自动气象站。要想天气预报准确，气象观测设施就要布置得足够密集。
曹勇告诉记者，仅北京便大约分布了500个自动气象站，收集来自城市各个角落的风速、风向、空气湿度等气象信息。除了常见的自动气象站，气象观测设施还有放飞的探空气球、飞翔在我们头顶上空的气象卫星以及部署在众多城市的天气雷达等。
有了原始的气象观测数据，如何利用这些数据得出预测结果，是天气预报中的关键问题。
“很早以前，我们用的是外推法，就是根据气象演变在短时间内具有一定连续性的原则，通过把当前的天气趋势外延一段时间，进而得出预报结果。”曹勇表示，外推法的预报精准度往往较为有限，如今要实现更加精确的天气预报就要依赖超级计算机和预报模型。
“原始的气象数据就像是原材料，超级计算机和预报模型就像是‘榨汁机’。我们把原材料全都投入到‘榨汁机’中，经过大量的计算去伪存真、去粗存精。在经过精准推演后，我们就能得到一个相对精确的预报结果。”但曹勇也表示，即使是超级计算机也存在一定的误差，这时就需要发挥预报员的关键性作用。他们会依据长期以来积累的预报经验对输出结果进行调整，从而使天气预报更加精准。 >>详情
这是在珠峰地区海拔5800米左右位置架设的自动气象站（4月29日摄）。新华社发
数值预报技术是气象事业的“芯片”
天气千变万化，报得准是气象预报预警的生命。尽管从科学角度来看，天气预报做不到百分之百准确，却可以不断提高准确率。为此，首要的是织密气象监测网，通过气象观测台站、雷达、风云气象卫星获取海量的观测数据。这些数据将提供给超级计算机，运用数值预报技术进行计算。气象预报员在数值预报基础上，结合当地天气特点、地形作出初步预报、签发天气预报产品。如果有灾害性天气，还会通过手机、电视、广播、定向推送等渠道发布气象预警信息。
正因如此，数值预报技术被誉为气象事业的“芯片”，是天气预报预测的关键核心技术。数值天气预报是指根据大气实际情况，在一定的初始和边界条件下，通过大型高速计算机进行数值计算，求解描写天气演变过程的流体力学和热力学方程组，以此预测未来一定时段的大气运动状态和天气现象的方法。如今，我国探索出自己的数值预报模式，部分技术已达到国际先进水平。应用该技术，天气预报业务可从初始时刻起，预报未来最长达7天的天气。
智慧气象，为百姓提供精准气象服务
智慧气象是借助于云计算、物联网、移动互联、大数据、智能等新技术的深入应用，依托于气象科学技术进步，使气象系统成为一个具备自我感知、判断、分析、选择、行动、创新和自适应能力的系统，让气象业务、服务、管理活动全过程都充满智慧。
自2016年中央一号文件首次提到智慧气象以来，我国气象部门大力发展智慧气象，并将地面观测自动化、智能网格预报、气象信息化等成果广泛应用于“三农”服务。其中，通过与农业气象核心技术融合，初步建设了智慧农业气象大数据、业务服务核心平台。
经过几年发展，智慧气象在各领域特别是农业领域的应用已较为广泛，有力推动了新农村建设、脱贫攻坚。在新冠肺炎疫情防控中，以国家突发事件预警信息发布系统为代表的智慧气象成果，充分发挥广覆盖、快响应的优势，成为打通农村疫情防控宣教“最后一公里”的重要渠道。
据介绍，我国气象部门将在现有基础上推进智慧农业气象大数据挖掘应用、业务服务平台的互联互通，建设与“三区三园”和高标准农田建设相适应的农业气象观测站网，加强大数据、物联网、移动互联、智能网格预报等新技术新产品在农业气象服务中的应用，提升农业气象监测预报业务的现代化水平。
未来，智慧气象将深深融入国民经济各个领域和人们的衣食住行。通过分析旅游、能源、物流、交通、保险等领域的大数据，依托智能数据加工等，可针对人们的不同时间、位置需求，提供可订制、分钟级、场景化的精准气象服务产品。
科普小知识：
为何北方季节转换总是如此之快
虽然10月初的这次降温，着实来得突然，但寒潮在10月初就光顾我国的情况，还算不上是极端天气。北京市气候中心首席专家、主任王冀表示，我国将冷空气由弱到强分为4个等级，寒潮就是冷空气中的最强等级，它是高纬度的冷空气大规模向中低纬度侵袭而造成剧烈降温的天气活动，最早甚至可以出现于9月下旬。
王冀进一步介绍道，我国北方大部分地区夏秋时节气温起伏较为剧烈的根本原因与冷空气活动及太阳辐射有关。每年秋分后，随着太阳直射点南移，高纬度地区接收到的太阳辐射显著减少，空气冷却下沉，在地面形成大规模的冷气团。由于陆地比热容较小，降温格外迅速，因此高纬度冷空气会在亚欧大陆的西伯利亚和蒙古一带聚集形成势力强大的亚洲高压。随着太阳辐射进一步减少、温度降低，亚洲高压的势力会不断得到增强。
“我国地处世界上最大的大陆——亚欧大陆和全球最大的海洋——太平洋之间，海陆热力性质差异巨大，是全球最典型的季风气候区。”王冀表示，我国秦岭—淮河以北的东部大部分地区、华北和东北等地都属于温带季风气候区，冬季在强大的西伯利亚大陆冷高压的影响下盛行冬季风，夏季则在太平洋副热带高压的影响下盛行夏季风，而秋季正是夏季风与冬季风切换的季节。随着副热带高压开始南撤、暖湿气流减弱而亚洲高压势力不断增强，我国上述地区便会迅速由夏入秋。 >>详情
