怎么样预测天气？
“如何预测天气”，这是一个大题目。 先说个笑话：以前没有天气预报的时候，古人会通过观察云来判断接下来几天是否要下雨，如果有乌云密布，就准备雨伞；如果是晴天，就可以带个遮阳伞。当然这是夸张的说法，不过也能说明人们想了解天气的欲望。 在古代，人们通过观测天象来预测未来天气变化，制作出著名的“二十四节气”。虽然现代科学表明，节气这一说法并不准确。[1]但二十四节气却成为祖先留给我们宝贵的文化遗产，并被列入联合国教科文组织人类非物质文化遗产代表作名录。
现在，我们有了现代化的气象观测设备，能更加实时准确地测量到大气中的各种参数，再通过计算机和人工智能技术对大量数据进行挖掘和分析，进而作出准确的短期和中长期天气预报。 但这并没有完全消除人们对未知天气的焦虑感（比如台风“烟花”临近时很多人抢购方便面），也没有减少科幻作品中对“末日天气”的描绘。 那么，如何更好地理解现在的天气预报？未来的科技又将会如何改变我们的天气和气候呢？
首先需要明确的是，目前的人类还不能准确预测恶劣天气的出现。《自然》杂志曾发表过一篇论文，分析了40年间的飓风数据，发现尽管全球监测的飓风数目有所增加，但是最强风暴的威胁却在逐渐减弱。研究人员认为，这有可能是由气候变化导致的。[2] 当我们看到电视里预报员满怀信心地宣称“未来几天将晴好温暖”或者“短期内将有冷空气过境”时，请不要全然相信，也不要过度怀疑。 目前的气象预言大多还是以周为单位，更长的周期则需要更为复杂的模型进行计算。
未来，随着人工智能、大数据等技术的不断发展和深入应用，肯定能够帮助我们更高效准确地做出天气和气候预测。 不过，人类社会的发展史就是一部人类与自然灾害斗争的历史。即使我们能提前3天左右作出较为精确的暴雨寒潮预警，也还是有很多人可能会遭受损失。 因为，自然灾害并不单纯由天气导致——例如地震、海啸和火山喷发等等。况且，有些自然灾害可能并不会提前得到预警，例如地质灾难。
面对大自然的肆虐，人类目前还显得比较无力。但我们仍会坚持不懈地探索，努力掌握更多的自然规律，尽可能早地预见危险，做好防范。 参考资料： [1]中国气象局.为什么要修改二十四节气？真相在这里！[EB/OL].(2017-07-06). http：//www.cma.gov.cn/news/28696.html.
[2]T. N. Kittu et al. Tropical cyclone variability and climate change. Nature， Vol. 537， August 2016， pp. 373–376.
要作天气预报，首先要收集描述天气现象的各种气象要素。气象要素主要包括：气压、气温、湿度、风云、降水、能见度、风向风速等。目前收集气象要素主要靠气象观测。日常天气预报中用的气象观测业务是由遍布在世界各地固定的气象观测站网、设置在选定航路或覆盖某些海域和区域的船舶（包括载人船舶和浮标、漂流瓶等）和航空器（军用、民用飞机或人造卫星等），按统一时间（例如每天8时、16时、24时）和时间间隔（例如每小时和每四小时）进行着。这种观测已经形成了业务，其获取的资料具有很强的规范性，为制作天气预报提供了可靠而科学的数据来源。除此，还可利用军事、航运、航空、探空、测雨雷达、气象卫星等进行气象观测作业。在气象观测的基础上，利用气象卫星等作为平台，利用遥感仪器和遥测仪器探测来自宇宙外空间，或来自地球、大气、海洋自身发出和反射辐射信息。
这些信息通过地面接收系统接收，并通过资料处理、分析和判读，得到各种气象信息数据。比如，利用可见光和红外云图，可以获得反映气压、湿度分布的气象卫星云图，由此分析出哪里有气旋、锋面存在和天气变化。通过收集整理、分析判读这些大量的气象观测和遥感、遥测信息，根据气象学和大气科学的有关理论，用外推法、诊断法和数值预报方法等就可以对某区域、某地点未来的天气演变做定性、定量的天气预报。
外推法就是根据气压场（如高压、低压、脊、槽等）和锋面、气旋等天气系统的移动速度、演变规律，外推其未来一定时间的天气形势及其影响，进而得到未来天气。诊断法就是把天气系统，比作象人体的器官一样，当它出毛病，发生病变时，会反映一些症候。那么，当一个地区将会发生暴雨或出现干旱等天气时，也会出现一些先兆。这些先兆反映到天气图上，一些气象要素就有一定的特征，比如，暴雨发生前，高空（500百帕）天气图上有一条急流，低空（850百帕）天气图上也有一个急流，地面图上有一个低涡或低空有一个切变线，中低层（850百帕、700百帕）有一个低空槽，并有中低层暖湿气流入流，高层（200或300百帕）存在一个干舌和干涌升区等。于是，在天气图上，找到这些天气要素的特征场，然后作外推和分析，就可作这一区域将会发生暴雨的预测。数值预报方法就是建立描述大气运动的大量（方程组和初、边值条件）偏微分方程组，利用高性能电子计算机在一定的初值和边值条件下进行积分运算，从而得到未来一定时次的大气运动状态。这些方程组中，有的可包括许多子系统，例如，可包括陆面过程（包括沙漠化等）和海洋大气通量交换（如厄尔尼诺）等。方程组可在一定精度下考虑大气是连续的，是既可压缩又可导电的多相介质，还受地球自转的影响等多种因素。从大量方程组中可解出未来时次的大气压场、流场和温、湿场。用这些场的分析图表再用外推法、诊断法等就可以进行天气预报。一般说来，对大系统的中长期天气变化，用数值预报方法；对小尺度系统，主要是影响天气变化的系统，常采用诊断分析方法。
