我們已經(jīng)知道，世界上很早就有天氣諺語了。根據(jù)天氣諺語也能預報天氣。不過，天氣諺語是人們憑視覺和感覺來測天的。而人們所看到和感覺到的天氣，和造成天氣變化的天氣系統(tǒng)相比，和地球相比，只是很小很小的一塊。而且天氣系統(tǒng)還是不斷移動和發(fā)展的。因此從這個角度講，用天氣諺語測天屬于“坐井觀天”。而且天氣諺語定性不定量，表達比較籠統(tǒng)，理解因人而異，因而預報結(jié)果也可能相差很大。所以，古代天氣諺語不可能發(fā)展成為科學，建立天氣預報業(yè)務。 氣象儀器的出現(xiàn)，是科學測天的第一步17世紀初氣壓計的發(fā)明，可以說是揭開了科學天氣預報的序幕。因為天氣變化和氣壓升降關(guān)系最為密切(近代的許多便攜式“晴雨表”其主要原理大都就是氣壓計)。而氣壓的數(shù)值和變化十分客觀，誰來觀測和研究都一個樣。
1．什么叫天氣圖預報方法
很有意思，肆虐人類的災害性天氣，卻也是氣象科學誕生的促進者。世界上氣象科學的許多重大進展都是氣象災害推動的。 據(jù)記載，世界上最早觀測降水量的是印度，因為印度農(nóng)業(yè)主要依靠印度洋夏季風帶來的雨水?？墒窍募撅L雨量逐年變化很大，雨少了赤地千里，而雨多了又會一片汪洋。英國則是因為1854～1858年連續(xù)5年大旱，農(nóng)業(yè)歉收造成饑荒后，才促進了氣象觀測網(wǎng)的建立。 天氣圖預報業(yè)務的誕生，前面已經(jīng)講到，起因于1854年11月英、法和俄國之間的克里米亞戰(zhàn)爭。一場11～12級風暴重創(chuàng)了英法聯(lián)軍，沉沒了30多艘艦艇。事后調(diào)查才知道這個風暴前二天已經(jīng)在法國和西班牙造成災害。因此調(diào)查者法國天文臺臺長勒弗里埃才建議用電報把各地氣象報告集中在一起，繪制天氣圖，作天氣預報。
什么叫天氣圖呢?說穿了天氣圖就是一張地圖。地圖上標出了氣象站的位置。填圖機在氣象站的位置上按一定格式填上剛剛觀測到的該站的氣壓、溫度、濕度、風速、風向……然后是繪制天氣圖、繪制天氣圖中最主要的是畫等壓線。就是把圖上氣壓相等的地方連成一條線。許多根等壓線聚集，分散和彎曲，便顯示出各種各樣的天氣系統(tǒng)。例如封閉的等壓線族表示高氣壓或低氣壓（區(qū)）。越往中心氣壓越高的叫高氣壓，越往中心氣壓越低的叫低氣壓。如果等壓線并不封閉，只是向同一方向彎曲，并且彎曲得比較厲害，形成像地形圖上河谷地區(qū)等高線那樣，叫低壓槽。越靠近槽線（槽的中心線)氣壓就越低。相反，氣壓向中央升高的等壓線族稱為高壓脊，越靠近中央脊線氣壓就越高。當高壓脊或高氣壓移到本地時，因為氣壓上升，天氣便轉(zhuǎn)晴。相反，低氣壓或低壓槽經(jīng)過本地，氣壓下降，天氣便會轉(zhuǎn)陰雨。這就是天氣圖預報最基本的原理。
高低氣壓中的風向是正好相反的。低氣壓中風向是圍繞低壓中心呈逆時針方向吹的，高氣壓中正好相反，順時針方向吹。氣象學常分別稱它們?yōu)闅庑头礆庑?。在氣旋和反氣旋中，風向本應是完全平行于等壓線的。不過，在陸地上因為地面摩擦力很大，實際風向會略略偏離等壓線方向。由于低氣壓中氣流有吹向低壓中心輻合的分量，因此低氣壓中的空氣質(zhì)量便越來越多。但是這些氣流入地無門，只好上天，好把位置讓出來留給后續(xù)氣流繼續(xù)流進低壓中心。上升氣流流到高空之后再向四周輻散，這樣才能維持低壓區(qū)并發(fā)展。低氣壓區(qū)中既然維持著上升氣流，這便是低氣壓中多陰雨的原因所在。在高氣壓中，由于風向有偏向離開高氣壓的分量，因此高氣壓區(qū)中的空氣質(zhì)量便會越來越少。這些輻散流失的空氣質(zhì)量誰來補充呢?地下當然不會冒出來，因此只有高空氣流下沉來補缺了。高氣壓中既經(jīng)常有下沉氣流，高壓區(qū)中當然就常常晴天了。 所以，最早的天氣圖預報方法，實際上就是首先在天氣圖上畫出高低壓區(qū)來，根據(jù)它們過去的移動方向和速度來外推它們未來的位置。這種方法一直沿用了幾十年。
2、 鋒面和氣團學說
第一次世界大戰(zhàn)期間，為了戰(zhàn)爭的需要，各國都互相封鎖氣象電報。這可苦了中立國挪威。因為漁業(yè)在挪威國民經(jīng)濟中占首位，而海上作業(yè)又特別需要天氣預報。封鎖氣象情報使挪威漁業(yè)幾乎走上絕路。當時挪威氣象學家皮葉克尼斯主張在挪威的天氣上游即西方海上用船只建立氣象站以取得天氣報告。皮葉克尼斯為此找到了當時挪威捕魚船隊的管理人員，提出漁民如果想多打魚，每人只要肯付出幾條鮮魚的錢就可以獲得較準確的天氣預報。于是在挪威及其附近海面上建立了一個相當稠密的氣象觀測網(wǎng)。這個觀測網(wǎng)不僅滿足了天氣預報的需要，而且正因為它特別稠密，還在氣象科學上有了重要發(fā)現(xiàn)，使天氣預報水平提高了一大步。戰(zhàn)爭又一次“推動”了氣象科學的發(fā)展。
他們發(fā)現(xiàn)，大氣中有著兩種不同溫度的空氣團。氣溫相對較低的叫冷氣團，從北方來；氣溫相對較高的叫暖氣團，從南方來。這種冷暖氣團的范圍十分寬廣，甚至可以達到上千萬平方公里。在冷暖氣團內(nèi)部，雖然溫度也有差異，但相對來說是很小的，而冷暖氣團之間的溫差卻非常大。它們集中反映在兩個氣團之間的交界面，即鋒面上。鋒面是一個傾斜度很小的面，它與地面相交的一條線叫鋒(線)。鋒面向冷空氣團方向移動的叫暖鋒，相反，向暖氣團移動的鋒叫冷鋒。皮葉克尼斯注意到，當暖鋒來到的時候，首先看到的是高高的、薄薄的，或者絲絲縷縷的卷云，然后接著的是卷層云(第一梯隊，都是高云，云上可以出現(xiàn)日暈，日華)。第二是高層云(第二梯隊，中云，云上可以出現(xiàn)日華，月華)。最后是雨層云(低云)。雨層云下面常有雨雪天氣。當冷鋒到來時，頭頂上經(jīng)過的云的次序剛好和暖鋒相反。先是雨層云，然后是高層云，最后面的是卷層云和卷云。但當冷鋒移動速度很快時，特別是夏季，這種云系次序就不典型了，甚至只見發(fā)展高大的積雨云，并伴有隆隆雷聲和大雨。
皮葉克尼斯還進一步發(fā)現(xiàn)，鋒面實際上常常是和溫帶氣旋一起出現(xiàn)的。因此氣象學中多稱鋒面氣旋。雖然有時也有先有鋒面后有氣旋，或者先有氣旋，然后氣旋中再出現(xiàn)鋒面的情況。由于鋒面氣旋一般都有生成、發(fā)展和衰老等幾個階段，而每個階段中相應有不同的晴雨天氣變化。因此鋒面氣旋學說，把天氣預報變成了研究鋒面氣旋的發(fā)生、發(fā)展和消亡的變化。使得天氣預報從純經(jīng)驗方法發(fā)展到建立在天氣學的物理基礎之上，大大提高了天氣預報水平。從而挪威氣象學派的鋒面氣旋學說被譽為世界氣象學發(fā)展史上的一個重大里程碑。鋒面氣旋學說描述的鋒面云系結(jié)構(gòu)和分布，在50年代第一顆氣象衛(wèi)星上天以后，也得到了滿意的證實。這使人們受到很大鼓舞。鋒面氣旋學說和理論至今在分析地面天氣系統(tǒng)和進行天氣預報時仍被廣泛使用。
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