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根據氣溫及氣壓等觀測數據來預測未來氣象的“數值預報”概念自提出至今已有100多年。隨著模型（計算公式）的精確化和計算機的升級換代，如今已經可以預測幾小時后的局部地區天氣情況和數十年后的氣候變化了。獲得諾貝爾物理學獎的美國普林斯頓大學高級研究員真鍋淑郎開發的模型為數值預報的發展作出了巨大貢獻。

基于2021年7月25日上午9點的大氣情況對8月5日上午9點的降雨量進行預測（圖片由日本氣象廳提供）

數值預報是1904年挪威氣象學家皮耶克尼斯（Bjerknes）最先提出的。他認為，“只要對初期的大氣狀態以及引起大氣變化的物理規律擁有足夠正確的知識，就能進行合理的天氣預報”，并發表了運用流體力學和熱力學的方程式。

不過，計算復雜的方程式需要很長時間。英國的理查森（Richardson）曾于1920年前后嘗試手工計算出德國慕尼黑附近的6小時氣壓變化預報，但花費1個月以上的時間得出的預測值并不符合實際情況。

計算機的出現打破了這一壁壘。1950年，美國的馮·諾依曼（Von Neumann）使用被稱為世界首臺實用性計算機的“埃尼阿克（ENIAC）”，成功對美洲大陸上空大氣一天后的情況進行預報。

1954年瑞典開始作為氣象相關部門的業務而進行數值預報，美國的開始時間為1955年，日本為1959年。

預測整個地球大氣流動的技術也于1950～1960年代以美國為中心開始進行研究。帶頭的是美國環境科學廳（ESSA，現在的美國國家海洋和大氣管理局）下屬的地球物理流體力學研究所（GFDL）、加利福尼亞大學洛杉磯分校及美國國家大氣研究中心。日本研究人員也有參與。

地球物理流體力學研究所于1956年對計算機進行積極投資，引進了IBM首款商用大型計算機“701”等。真鍋淑郎在東京大學取得博士學位后成為該研究所研究人員，他在1960年代后半期建立了研究二氧化碳對全球變暖所產生影響的模型以及研究大氣與海洋熱交換的“大氣-海洋耦合模型”。

隨著計算機的性能迅速提高，氣象預測使用的超級計算機的運算速度大約每5年增長至原來的10倍。1970～1980年代，日立制作所、NEC及富士通的超算在世界上投入使用。

日本氣象廳開始數值預報之初，以381公里見方的區域為單位，預測北半球的天氣。現在使用計算能力是當時1.5萬億倍的超算，以20公里見方的區域為單位，預測整個地球11天后的天氣。在日本周邊，以2公里見方的區域為單位，預測10小時后的局部降雨等。還根據真鍋的大氣-海洋耦合模型，進行1個月以上的長期預報。

日本理化學研究所和富士通開發的超算“富岳”

日本九州大學及日本國立環境研究所等正在使用世界最快的超算“富岳”，研究大氣中的微粒對氣候變化的影響。數值預報涉及廣泛的領域，已成為現代社會不可或缺的技術。

本文來自微信公眾號“日經中文網”（ID：rijingzhongwenwang），作者：淺沼直樹、矢野攝士，36氪經授權發布。

諾獎得主真鍋對氣象預報百年發展有功勞