“算”出来的云雨
二、“算”出来的云雨
天有难测风云
人们希望头顶多是晴天，而上苍不时降下云雨。
2020年6月5日，天刚蒙蒙亮，狂躁的风雨声将华东民航气象中心主任唐民惊醒。他拉开帷幔往外一瞅，下落的雨像天边的瀑布一样倾泄下来。专业出身的他闭着眼也能猜出已达暴雨级别。
唐民7点钟进入气象中心预报室。熬了通宵的预报员说：“昨天、前天报过有雨，大雨，成了空报。昨晚稍微保守了一些，恐‘狼来了’喊多了不灵，不料凌晨真来了，而且是‘大狼’，这么狂的雨！”“没提前报？”唐民问。“报了，提前3小时发的预报，但跟实际发生的有差异。”
“跟实际相差了20分钟。”不知啥时候，分管运行的侍启柱副主任已出现在身后，“大雨早来了20分钟，而且过来的云肥，大胖子，里面全是水分，下成了暴雨，达25毫米以上。”
“提前3小时，相差20分钟报出，已经算准了。”值班的预报员嘟囔着说。
“可是，指挥航班的管制部门要求咱前一天报出精确的降雨时间、雨量，便于提前进行航班流量的预战术管理。”刚从青浦管制中心起来，同样熬红了双眼的侍副主任说，“这真的有点难。上海地方气象台也报了今天有雨，但具体啥时候比较模糊，咱民航气象可不能那样，是要具体到时段和点、线、面的，却难以预测出云团藏着多少水。哎，今天的云块从西边过来，移动速度跟预判的出入较大。”
瞧着侍副主任胡子拉碴的脸，唐民安慰道：“干咱这行的，注定着易犯焦虑症，只有放平心态。”
一会，王峰云副主任也到了预报室，听见哐当哐当的门窗声，说：“像这样偶尔的狂风暴雨，事实上神仙也难以预报，只有发生了才晓得。不过，一旦发生，咱们就能报出它消亡的时间。”
中心三大巨头齐集，唐民、侍启柱、王峰云都是圈内的名角，个个有棱角，是在气象风云的激荡锤炼中成长起来的航空气象学家。在这个知识浓度极高的运行单位，唐民负总责，王峰云曾管过多年的业务运行，分管预报专业，最近升任全国民航界仅有6席的首席预报员。前二者都是年富力强的70后。侍启柱稍年长，1967年出生，中科院硕士生。说起来也算缘分，他们三位都在南京大学读的本科，同一专业、汇合在同一单位。侍启柱最早进单位，1999年浦东开航时就担任浦东气象台首任台长，对上海地区乃至华东的天气特征一清二楚。他从峰云手中接过分管预报这摊子，工作忘我，一有天气，家也顾不上回，不是在浦东一线，就是在青浦飞行流量室现场，和当班预报员一起分析天气，和管制部门研究调整航班计划。这次，由于气象部门的提前介入，避免了空中的混乱，还受到总局的褒饰。
但是，气象中心内部并不满意，觉得尚存在不足，似乎又无可奈何。王峰云说：“6月5日早上有强降水，中央台也有预报，但何时发生、强到何种程度，如果他们报准了，我拜他们为师。一定程度上的漏报、空报是客观存在，今天的短时强降水，各种模式都分析不出，雷达也看不出。唉，老天爷的习性有时真琢磨不透。”
侍启柱说：“我一直在雷达图旁，的确有低空气流，但是碎片化的，几公里一块，一阵一阵飘移，雷达图是闪的，算不上中尺度，只能是小尺度，田埂内外都不同。”
侍启柱是连云港人，家中父母九十多岁照样骑自行车，照样出活，祖上基因优，自己身体高壮，有时能骑自行车数十公里。自从管上安全运行后，常常昏晨颠倒，熬夜不计其数，原本的满头黑发也悄悄爬上了少许白发。今天的这场暴雨使他忆起4月中旬的那次遭遇。他清楚，航空气象比生活气象要“点穴”得多，尤其专注小尺度的局地天气。
一个多月前的4月11日，气象预报员小胡在微信群里发布：“竞猜，上海明天会响雷吗？”
因为许多气象人发现个奇怪的现象：一般夏天发生在东北的冷涡突然在春天形成。往年生成冷涡的位置在黑龙江佳木斯附近，邻日本海。冷空气的漩涡分上中下三层，高的五六千米，低的一千米，冷空气吹起，上层冲击下层，带来强对流天气：风起，雷响，雨下。这个周末，更诡异的事来了：在朝鲜半岛生成的冷涡忽地南下，预计可达江苏北部。但到那儿就了不起了。
北方的冷涡成了人们心中的旋涡。预报员胡伯彦发起竞猜，气象人如上涨的潮水，蜂拥一片，纷纷将答案公布在微信上。翌日，小胡及时跟进，晒出雷达天气图：苏北上空有绿、黄色云团，中心有雷暴。有人说，上海不会响雷。有人说，盐城闻雷，已是冷涡抵达的边界。也有人大胆预测：从海上来，即使遇上高架雷暴，最多迫近长江。小胡来了劲，说真不知怎么发展，纯靠人品支持。又出一个题目：会击中虹桥or浦东（机场）吗？
技装室王婧说，看样子不像打雷。晶红说，虹桥无雷无雨，免遭“涂炭”；过了一个半小时，她纠正：有雨。值班的李师傅说，浦东大概率，虹桥概率小。在青浦的小钱说，哈，碰上李师傅，一切皆有可能。
当天下午16:23，小胡在微信上惊叹：城市在柔弱地颤抖，世界破碎了！青浦已中招，接下来咋办？小钱跟帖：有李师傅在，啥样的局都能破。晶红说，凉了！王婧说，差点成落汤鸡了，我在虹桥！预报员小钱：真来了！虹桥机场电闪雷鸣，大雨倾盆，瞬时风冲到27米/秒，冷涡后的强对流！从业来第一次遇上。
气象人紧张了两天，沸腾了三天。许多人一会絮叨一会缄默，一会幽邃一会快活，一会冷淡一会激越。如同仙家作法，东北的冷涡竟跑到了南方，从黑龙江跑到了长江！虹桥机场被覆盖45分钟。侍启柱在气象一线拼杀二十多年，这么大的冷涡，还没遇见过。气旋来时，机场短时不能起降；进近飞机不能落地，空中盘旋，其中9架飞机去外埠备降。
气象中心的这次预报为管制部门预留了3小时的提前量，让2架外航运送防疫物资的飞机提前落地，受到上海市褒扬，但气象预报人还得“跟自己较劲”。侍启柱在复盘时说：“这次冷气旋，一波三折，既在预料之中，又在预料之外。大家都晓得有这么一次冷涡南下，当天到苏北上空时，云系较高，上海晴天，感觉发生雷暴的可能性小，上海地方台也报以阵雨为主，没有其他。后来觉得不对，更新报雷雨。当对流天气越过太湖时，明显加强，咱们预报室才报雷雨，但仍有人觉得不可能有那么强，结果，事实警诫了我们。”
冷涡将许多人的心绪涡旋在了一起。
气象人都明白，人类预报的手段是线性的，而天气变化是非线性的，不管采用哪种手段，预报准确是相对的，不准确是绝对的，空报、漏报、错报难免，据统计，预报准确率最高80%，复杂天气有时仅60%。这就是事实。
“计算出来”的天气
为了理解预报手段，有段时间，我天天去直播间参加全国民航的天气会商，时间半小时。旁听中发现，无论是东北局、华北局，还是中南局、华东局的预报员，交流天气时，开口“NCEP”，“EC”，闭口“GRAPES”，听得我晕头转向。其间，也有中央气象台和各省市气象台的当天会商，实况在线。无疑，气象系统的全国联动是最即时的。经讨教，才清楚，预报员们讲的是“模式”——数值天气预报的模式。
“预报首先从数学上获得了突进。”
2020年夏，气象学出身的陈敏先生从杭州来对口检查，在沪上盘桓两周，多次谈到预报的艰难。这位爱动脑筋、善概括的学者型领导聊到模式预报时，一语中的地说。
正因为他离开了一线，说的话更加宏观和客观。
往后，我认识了区域预报室的几个领班，他们每天轮流带班，对当天及今后几天的预报进行现场“拍板”，这是需要技术与担当的。华东民航气象中心共有姚卫东、赵锐磊、李燚、李新峰、冯雷、秦婷6位领班，人称“六大金刚”，除了前两位是上海本地人，后四位清一色的北方人。其中李新峰河南人，李燚陕西人，冯雷甘肃人，唯一的女带班秦婷山东人。这些北方人似乎更适应南方的空气，外来僧人好念经，他们对华东的天气认识更到位，干得风生水起。经过了一阵的旁听和“察言观色”，我终于发现，所谓的天气预报，实际是“算”出来的，掐指一算，就预测出了明天、后天、三天后、五天后、一周后，甚至更长时间的天气。这也是气象界常说的数值预报。
20世纪上半叶是气象科学辉煌和具有里程碑意义的时代，以皮叶克尼斯父子为首的挪威学派创建了极锋理论，使气象学科脱离了过去全凭经验预报的状况，最早提出用流体动力学方法作天气预报的构想。1921年，查理德森在流体动力学的基础上迈出了数值预报的第一步。但由于计算量过于庞大，效率低下，效果不甚理想。1950年，研究有了突破，查尼给出了第一张真正意义上的天气预报图，用电子计算机算出了未来24小时天气结果，从而开启了数值预报的破冰之旅。之后计算数学和计算机技术的高速发展为数值预报提供了一个新发展动力。冯·诺依曼领导的数值预报小组对原始方程进行简化，剔除了某些“气象噪音”干扰，使数值预报更为科学合理。我国从六十年代开始跟着欧洲人的“脚印”开建数值模式。(https://www.daowen.com)
领班冯雷的解释更为通俗，他说：大气动力学方程是求解的主要工具，共6个方程，7个未知数。纳维·斯托克斯方程的原理是根据初始的风、温（度）、湿（度）、压（气压）等数据，通过计算机求解运算，判断出之后的天气形势。不过，天气太复杂了，除了流体力学，还涉及热力学、密度学，因而方程组只是个基本模式，各国在运用中会进行调整、修进，使用的初始数据也有差别，计算出的结果自然不同，就诞生了所谓的欧洲模式（EC）、美国模式（NCEP）、德国模式、日本模式及中国模式（GRAPES），也有华东模式和各地的多种模式。这些都是计算的方式。各模式运算的结果不尽相同，甚至差异较大，有的模式预测强对流准确，有的对积冰有效，有的善于预测台风。工作中，每个预报员会选择不同的模式。从预测和实际结果比对，欧洲模式似乎比美国模式来得精，但和我国模式又不同。
远方，有层薄雾浮悬在天际线上，我的脑海里似乎也浮起一层薄雾。
“是不是可以这么说，计算机和数学帮咱们在预测天气？”我试探性地问，“天气是算出来的？”
“可以这么说。”侍启柱想了想又说，“但光有模式是不可靠的，因为计算出的答案是模拟答案，不是数学解。预报员不能有依赖症，不能纯靠机器干活，还得加上自己的东西。此外，还有天气图、雷达图、卫星云图，都需要结合，这样的预报才是全面的。”
我又想起陈敏那句“光有公式办不了事”的经典台词。几位行家的所言指向同一目标。
“如果，我是说如果。”我以打破砂锅问到底的口吻说，“不用数值预报呢？”
“退回从前，那是更加的不准。”侍启柱说，“当然，数值预报也是基于当前的数据计算未来的趋势，叫‘临近外推法’，越接近当前越准，离开时间越远越不灵。大家都晓得蝴蝶效应，一般预报三天内靠谱，三天以后受各种变化影响大，就不一定准了。”
长期在一线打拼的预报室主任陈志豪、陈博认为，现在观测的手段强大了，除了各地的自动观测系统、人工观测数据，众多的雷达，太空中的卫星时刻都在提供强大的数据支撑，为数值预报提供了全面的第一手资料。数值预报的本身也在进行不断的优化。他们和侍启柱的看法类似，模式是基础，是建立在客观科学基础上的，但还要加上预报员本身的主观。
李新峰、李燚、冯雷等班组长的头脑清醒，看的问题具体。冯雷说：“数值预报方程组的基础是牛顿力学，指的力是连贯的，计算也朝这个方向去，但量子力学又认为，力不一定连贯，有时会跳跃，这就是模式预报的不确定性。另一个原因，外面任何一个因素导致力发生变化，结果也跟着变化。”
“有些特殊时候，李新峰、易军他们顶住模式的压力，分析传统天气图，研究雷达图，动脑筋，反而取得了成功。”侍启柱说。
我终于理解了天气预报的本质，那是“算”出来，加上人为的分析，综合得出的结果。但这些“结果”，常常会偏差，这也是“美莎克”今天这么走、明天一觉醒来又变了方向的原因。预报员们常常纠结，首先是选择哪种模式，后又从卫星图、雷达图众多的数据中汲取哪些，才下定最后的决心。每名预报员常常看几小时的图，很多班组长、科室长即使不上班，也天天盯着各种模式、各类风云图发呆，一呆就是几小时。有人值班时，发布了局地有雨有雾的预报，左等右等还不来，跟丢了魂似的。
难怪唐民主任逗趣地说，不想让儿子搞气象了，太折磨！用线性数学解决非线性问题，太烧脑了。我深为理解他们的痛苦：永无止境，永远有挫败感。用同样的方法，今天预测准确，明天又不准了，永远有不同的变化原因。比预测股市难百倍，股市的走势也是非线性的，也是不能用数学来分析的，只能做大概的判断。
我陡然想起《圣经》中的一句话：“头脑简单的人多么幸福！”然而，气象人的头脑永远不可能简单，需日日面对天量数据的变幻。
气象预报是理科，不是工科，理学比工学难，数学一直在突破，但数学也解决不了气象学中所有的问题。
大博士与小博士
气象中心是硕士博士扎堆的地方，北大、南大、浙大、中科院的硕士生举目皆是，1970年出生的王峰云白发有点多，据他说“早生华发”是遗传的，而大家觉得一半是操心。他是这儿最“年长”的博士，从学名校令人眼馋，南大学士、北大硕士、中科院博士。
王峰云在“空管大讲堂”上一讲成名，他在开篇中说：“气象是一门古老而充满现代生机的学科，包含了沿用至今的天干地支24节气，代代相传的孔明草船借箭、借东风故事，西方文明史上航空航海探索，地面高空气象探测手段，现代天气预报理论成就，雷达卫星自动观测技术，数值天气预报雏形与发展，高性能计算机助力模式预报等等，构成了气象发展的绚丽历史图谱。
“洞察天机，引人入胜。‘神奇的语言是神话，科学的语言是事实。’气象人不断将神话化为现实，但南美蝴蝶振翅引发欧洲风暴的混沌效应，注定人类在神机妙算时常有误差，令人备受复杂天气的煎熬，也赋予气象人孜孜以求的无尽思考……这正是‘气象万千，魅力无边’的最佳演释。从事现代航空气象的同仁都知道，温、压、湿、风气象要素关乎飞行安全，雷暴、台风、积冰、颠簸、暴雨、冰雪均需防范，顺风省油，逆风起降……无不体现航空活动与气象的休戚相关……”
他逻辑清晰，讲话抑扬顿挫，博得场内阵阵掌声。
王峰云善于从大处着眼，源头分析，让人视野大开。2020年6月10日，他在分析长江流域入梅时谈到：今年印度洋的活跃水汽输送至广西广东遇北来冷流，云水交欢，造成两广暴雨成灾；另一方面，北方冷空气如当年的蒙古铁骑南下，一路攻城掠地，扫荡至安徽、河南一线，副高没能顶住，让“鬼子进村了”，至今未入梅。他从本质上诠释了晚入梅的原因。
王峰云开玩笑地说：“一年前我经常和中央台的几个牛人互怼，几番不同意他们的预报结论。我有60%的赢面。而今上了五十岁，廉颇虽未老，棱角半磨钝，不在线上跟他们怼了。我一向要求预报员不说可能会出现、大约等等，有就有，无就无，不能模棱两可，哪怕报错。”
他善用比喻，也好为人师。谈到强对流，他打个比方：“就是下面生炉子，热气往上冒，遇到上面的冷气，相互作用产生的天气。说到冰雹就比较复杂了，可以说90%的预报员难以预报。那东西不是一次就能转换的，空中形成的水滴在气流中经过几上几下的运动才能变粗变大，形成冰雹，最后降落地面，没有上下几个来回，是形不成冰雹的。”
王博士属下还有许多小博士。
卫晓东睃巡在能见度的混沌中。
1984年出生的卫晓东是浦东气象台的副台长，师从王会军院士，他的研究大方向是过去百年的气候变化，小方向为能见度。方式是参考某些数值模式，根据风、温、湿、压等要素，加上空气中的颗粒物（大小、浓度、成分），计算出能见度数值，比如PM2.5，最小的为PM1.0。晓东做的是将几个模式叠加，得出能见度的数值为几公里或几十米。他用模式方程、数学方式计算出的能见度和目视观测得出的能见度不同，也比机器自动观测得出的结论精确。
卫晓东是山西人，长得像南方人，理的平板头，戴眼镜，人略显瘦小，时常露着喜孜孜的笑容。他不后悔做气象，觉得气象工作尽管苦逼，但天天有挑战，也就天天有亮点、有新鲜感。他说，假定气象是确定的，主要是去解释怎么会不确定，结果可能对，可能不对，关键是为什么？想解释清楚，挺绕弯子的。
魏超时漂泊在人工智能的天域中。
他1985年出生，江苏人，个子不算高大，眉目俊朗，上海交大人工智能领域博士。这是个吃香的专业，毕业后的年薪至少80万，但他不会离开气象业。他研究的方向是将计算机视觉技术中的视频预测技术应用于气象预报，将探测到的天气数据转化为图像信息，从时序图像中寻找天气演变规律，以此预测未来天气的变化；将人工智能中的图像识别算法应用到气象观测领域，将传感器或摄像设备获得的气象数据或视频信息转化为图像信息，智能地识别出图像中蕴含的气象资料；还可使用大数据，将气象数据和航空运行数据融合，为气象与民航业务的深度结合助力。据统计，加入人工智能因素后，在对流天气的预报上，2小时内的预报准确率比原先提升了50%。从魏超时的个性看，很适合搞此类研究。这些年轻的气象学人都很拼。
胡伯彦行走在“颠簸”的小路上。
他1986年出生，河北张家口人，个头高俊，本、硕、博一条龙，都是南京大学的大气科学专业，博士研究大方向为气候变化，和卫晓东类似，小方向为空中颠簸。他从事的颠簸研究范围属于小尺度，一般在20公里以内。大尺度的范围在几千公里，即使气流崎岖，对飞行影响不大。这好比开车在公路上，长距离的上坡下坡，开车不会感到颠簸，但遇上小坑小凹，反而颠，车里的人也不舒服。空中10米至1000米范围的气流变化、风向风速变化会明显引起航空器的颠簸。空中的“坑坑洼洼”就是小胡博士的研究方向，原理也是根据数学模型，将温度、湿度、风速、风向等数据放进去，通过方程组计算出颠簸指数。模型的建立需要反复比对，看算出的结果与实际的符合程度，如不符合，继续修正模式，使预报的趋势更准更受机组欢迎。
也有女博士袁娴，南航大的，但从一线走进了气象部，做机关工作了。与其岗位变动相仿，她的学研方向偏管理型。
随着岁月的浸泡，袁娴眼界宏阔，吐纳百象，心间自有秘藏的“圣符”。无论是一线还是在机关，都是为航空气象效力。如此索究，堆涌到一起的气象从业人员的学历，也许是航空运行界至高点之一。