人文学院 人文学院 人文学院 人文学院

科学与人文讲座2021年第21期报道:世界气象科学的历史与哲学反思

  • 赵思研
  • 创建于 2021-12-21
  • 90

20211210日下午2点,中国科学院大学人文学院2021年第21科学与人文讲座于中关村校区教学楼S202举行。此次讲座题目为世界气象科学的历史与哲学反思,由中国气象局气象干部培训学院教授级高级工程师陈正洪老师主讲,中国科学院大学人文学院历史系苏湛副教授负责主持。

第一部分是世界气象科学技术历史概述。陈老师首先从思辨的古典气象学入手,讲述了自亚里士多德时代以来气象学的发展和演变,展示了不同时期的气象观测技术以及各时期的重要气象科学研究成果,归纳了20世纪两大气象学派所提出的重要物理规律以及核心思想。陈老师指出当代气象学研究已经进入大科学时代一些大型气象科学计划因此得以开展,并呈现出越来越大、越来越多、越来越密集等特点。

第二部分是数值天气预报的百年历史与创新启示。陈老师首先展示了20世纪以来一百年的NWP发展脉络与框架,随后又详细地讲述了数值预报在萌芽阶段的一些重要的探索,如19世纪关于数值预报的中心问题讨论。1904年,发生了真正意义上建立现代气象学的重要事件——Felix Maria Exner在论文中推导出一个预报方程代替恒定西风流速下的气压对流模式,同时他也成为了第一个尝试进行天气预报计算的人。即使后来有科学家质疑这种质量守恒原理预测气压变化的方式,认为这可能会计算出非常不合理的结果,但这些不可预报性也正是后来数值天气预报将要遇到的难题。在各种支持与反对的意见中,科学家们一直在不断地修正研究结果。

接下来陈老师指出,随着社会发展以及20世纪重大物理学发现的提出,大气科学和海洋科学等研究非线性的学科获得了挣脱经典机械论思想束缚的动力。数值天气预报的思想在酝酿中逐渐开始构建,科学家在数值预报所需的时空格点等方面进行了考虑,不断对基本方程进行演进,包括预报网络在首次实验失败后的错误分析。在随后的世界气象科学技术发展中,数值天气预报学科正式建立,研究的外在条件逐渐具备,更加精确的公式逐步提出,其中包括苏联基里尔等科学家在这一领域做出了卓越的贡献。50年代时期美国科学家成功实现了过滤模式的预报,到60年代,数字预报又回到了原始方程的模式。

随后陈老师向大家介绍了大气混沌理论,混沌是大气特性,预报模式不管多么完美,终究因为混沌特性而达到预报极限。面对混沌危机,气象学家们开始尝试用各类方法降低预报的不准确性,尤其是集合预报提供了未来天气预报的可靠性,数值天气预报学科走向成熟。1957年数值天气预报已经实现业务化,后来1978年欧洲数值预报中心作为大合作的范例也正式建立,其运用了较高分辨率的全球谱模式。陈老师特别指出,中国数值预报整体水平在发展上也非常迅速,业务范围越来越广,这不仅是我国气象综合科技水平的集中体现,某种程度上也是国家科技实力的标志。

在最后一部分,陈老师简要基于气象科技史研究,讨论了气象哲学的反思与兴起,诸如气象哲学基本含义、科学哲学中涉及气象的观点、亚里士多德与笛卡尔的气象哲学、气候变化中科学问题的争论和哲学反思等。在对未来的展望中,陈老师认为数值天气预报将会走向数值气候预报的无缝隙一体化系统,并且逐渐进步到数值预报发展的高级阶段——超级集合预报。在这个阶段的预报将会出现新的特点:一是将研究更加合理和精确的初始扰动方案,二是采用多参数集合预报方法,三是数值预报业务产品将更多地向公众灌输概率预报的思想。

提问环节里,现场同学们积极地提出了诸如在新媒体时代下的气象预报业务的影响、人工预报和数字预报之间的关系等问题,陈老师均进行了耐心细致的回答,并指出目前形势下气象数值预报业务的发展更新模式,且肯定了人工计算在预报上的重要性。最后,讲座在热烈的掌声中落下帷幕。

【图文/蒲雅杰】

【主讲人简介】

陈正洪,浙江省安吉县人,中国气象局气象干部培训学院教授级高工、学科带头人,气象科技史研究室主任,大气科学博士后。中国民盟第十二届中央委员会生态环境委员会委员,国际气象史委员会副主席,中国自然辩证法研究会第七届理事、中国科技史学会气象科技史委员会理事兼秘书长、中国气象学会气象史志委员会委员等。发表国内外学术论文近百篇,出版中英文著作五部,担任数份国际期刊编委,承担国家级、省部级等各类项目近20项,获得各类学术奖励、荣誉十多项。