本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
上週一，美國國家海洋和大氣管理局 (NOAA) 釋出了一段過去 10 年美洲天氣的影片。地球靜止業務環境衛星 GOES-12 自 2003 年 4 月起監測北美洲和南美洲的天氣，已於 8 月 16 日退役。該影片展示了衛星執行期間每天拍攝的一張照片。
187 秒。3641 張影像。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造我們當今世界的發現和思想的具有影響力的故事。
颶風給我的印象最深刻。0:45 處的卡特里娜颶風看起來與之前和之後的幾次風暴沒有什麼不同。艾克颶風使我家停電五天，並在美國造成 300 億美元的損失，在古巴造成 70 億美元的損失，幾乎無法察覺。它應該在 1:40 左右，但在天氣頻道圖片中覆蓋墨西哥灣的風暴來去匆匆，我無法確定地指出它。桑迪颶風在我們的記憶中還很新鮮，您可以在影片的 2:50 處非常清楚地看到它，但它也轉瞬即逝。
NOAA 的影片似乎突出了天氣的不可預測性和重複性之間的張力。每年夏天，非洲西海岸似乎都會向加勒比海“投擲”颶風。有時，尤卡坦半島或加勒比海島嶼會將它們擊入北大西洋，有時它們會直接越過板塊到達墨西哥灣沿岸各州。（好吧，棒球的比喻在這一點上有點牽強，而且這絕對是以墨西哥灣沿岸州為中心的，因為我對颶風的主要體驗是在休斯頓。）在日常生活中，我們預測天氣的能力是有限的，因為它是一個如此混亂的系統，但我們也可以假設我們會在一年中的特定時間在特定地點看到某些天氣模式。
雖然我是一名理論數學家，但最近我一直在關注應用數學領域的天氣預報。今年我參加了幾次關於數學和天氣預報的講座，並且一直在閱讀地球行星數學部落格，該部落格經常釋出關於如何模擬天氣的文章。
由於天氣的不可預測性，氣象學家使用集合預報來進行預測。條件的微小變化最終會累積成非常大的差異，因此在集合預報中，使用多個模型並彙總其結果。每個模型都內建了略有不同的假設和初始資料的隨機變化，並且將一組預測作為一個整體有助於人們瞭解不同可能性發生的機率。
正如 2013 年 8 月刊《大眾科學》的一篇文章指出的那樣，歐洲中期天氣預報中心 (ECMWF) 使用的集合預報在預測桑迪颶風方面做得非常出色。在風暴登陸前七天，ECMWF 使用的大多數模型都顯示，大約在 10 月 30 日左右，有一個氣旋將襲擊新澤西州。儘管破壞和生命損失慘重，但 ECMWF 預測的準確性挽救了生命。ECMWF 桑迪颶風預報的成功引起了媒體的廣泛關注。傑夫·馬斯特斯博士的 WunderBlog 上的一篇文章討論了是什麼讓 ECMWF 的預測比國家颶風中心使用的預測好得多，他還連結到《休斯頓紀事報》關於該主題的採訪和文章。您還可以在 ECMWF 2012 年秋季新聞通訊（pdf）的第 9 頁上閱讀一篇關於它的文章。
集合預報也用於更大的氣候尺度。三月份，我參加了伯克利大氣科學教授 Inez Fung 的一次講座，她在講座中討論了天氣和氣候預測的歷史以及未來的挑戰。您可以在此處觀看她當月晚些時候做的類似講座的影片。我不想劇透任何內容，但有一次“計算機”一詞被用來表示“做計算的人”。自從人們試圖用手計算天氣以來，我們無疑已經走了很長一段路！
最近，我參加了在康涅狄格州哈特福德舉行的 MathFest 上克里斯托弗·丹福斯的講座。丹福斯是佛蒙特大學的應用數學家，他的關於天氣預報中混沌現象的部落格文章非常值得一讀。他寫這篇文章是為了慶祝愛德華·洛倫茨的著名論文發表 50 週年，該論文提出了“蝴蝶效應”的概念，並將提前預測天氣的上限設定為 14 天。在丹福斯的演講中，滿屋子的數學家都被一個模擬氣體在環中旋轉的影片迷住了，該影片也出現在那篇部落格文章中。
天氣應該是一個乏味的話題，但我無法停止觀看 NOAA 的影片，並思考其重複的年度模式中的混沌現象。