本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
上周一，美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 发布了一段过去 10 年美洲天气的视频。地球静止业务环境卫星 GOES-12 自 2003 年 4 月起监测北美洲和南美洲的天气，已于 8 月 16 日退役。该视频展示了卫星运行期间每天拍摄的一张照片。
187 秒。3641 张图像。
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飓风给我的印象最深刻。0:45 处的卡特里娜飓风看起来与之前和之后的几次风暴没有什么不同。艾克飓风使我家停电五天，并在美国造成 300 亿美元的损失，在古巴造成 70 亿美元的损失，几乎无法察觉。它应该在 1:40 左右，但在天气频道图片中覆盖墨西哥湾的风暴来去匆匆，我无法确定地指出它。桑迪飓风在我们的记忆中还很新鲜，您可以在视频的 2:50 处非常清楚地看到它，但它也转瞬即逝。
NOAA 的视频似乎突出了天气的不可预测性和重复性之间的张力。每年夏天，非洲西海岸似乎都会向加勒比海“投掷”飓风。有时，尤卡坦半岛或加勒比海岛屿会将它们击入北大西洋，有时它们会直接越过板块到达墨西哥湾沿岸各州。（好吧，棒球的比喻在这一点上有点牵强，而且这绝对是以墨西哥湾沿岸州为中心的，因为我对飓风的主要体验是在休斯顿。）在日常生活中，我们预测天气的能力是有限的，因为它是一个如此混乱的系统，但我们也可以假设我们会在一年中的特定时间在特定地点看到某些天气模式。
虽然我是一名理论数学家，但最近我一直在关注应用数学领域的天气预报。今年我参加了几次关于数学和天气预报的讲座，并且一直在阅读地球行星数学博客，该博客经常发布关于如何模拟天气的文章。
由于天气的不可预测性，气象学家使用集合预报来进行预测。条件的微小变化最终会累积成非常大的差异，因此在集合预报中，使用多个模型并汇总其结果。每个模型都内置了略有不同的假设和初始数据的随机变化，并且将一组预测作为一个整体有助于人们了解不同可能性发生的概率。
正如 2013 年 8 月刊《大众科学》的一篇文章指出的那样，欧洲中期天气预报中心 (ECMWF) 使用的集合预报在预测桑迪飓风方面做得非常出色。在风暴登陆前七天，ECMWF 使用的大多数模型都显示，大约在 10 月 30 日左右，有一个气旋将袭击新泽西州。尽管破坏和生命损失惨重，但 ECMWF 预测的准确性挽救了生命。ECMWF 桑迪飓风预报的成功引起了媒体的广泛关注。杰夫·马斯特斯博士的 WunderBlog 上的一篇文章讨论了是什么让 ECMWF 的预测比国家飓风中心使用的预测好得多，他还链接到《休斯顿纪事报》关于该主题的采访和文章。您还可以在 ECMWF 2012 年秋季新闻通讯（pdf）的第 9 页上阅读一篇关于它的文章。
集合预报也用于更大的气候尺度。三月份，我参加了伯克利大气科学教授 Inez Fung 的一次讲座，她在讲座中讨论了天气和气候预测的历史以及未来的挑战。您可以在此处观看她当月晚些时候做的类似讲座的视频。我不想剧透任何内容，但有一次“计算机”一词被用来表示“做计算的人”。自从人们试图用手计算天气以来，我们无疑已经走了很长一段路！
最近，我参加了在康涅狄格州哈特福德举行的 MathFest 上克里斯托弗·丹福斯的讲座。丹福斯是佛蒙特大学的应用数学家，他的关于天气预报中混沌现象的博客文章非常值得一读。他写这篇文章是为了庆祝爱德华·洛伦茨的著名论文发表 50 周年，该论文提出了“蝴蝶效应”的概念，并将提前预测天气的上限设定为 14 天。在丹福斯的演讲中，满屋子的数学家都被一个模拟气体在环中旋转的视频迷住了，该视频也出现在那篇博客文章中。
天气应该是一个乏味的话题，但我无法停止观看 NOAA 的视频，并思考其重复的年度模式中的混沌现象。