6、气象预报、计算机与蒙特卡罗方法的发展历程

气象预报、计算机与蒙特卡罗方法的发展历程

气象预报的早期探索

自古以来，人类的生活就深受天气变化的影响。若能提前知晓天气，许多人类灾难或许就能避免。在公元前2000年，准确预报天气被认为是神的能力，当时的水手和农民只能依靠天气传说和预兆来获取指引。

到了公元前650年左右，巴比伦人开始尝试通过观察云的形态来更精确地预报天气。公元前340年左右，希腊哲学家亚里士多德撰写了《气象学》，这是第一本关于天气本质的重要著作。他在吕克昂学园的继任者编纂了《埃雷索斯的泰奥弗拉斯托斯论风与气象标志》，记录了天气传说。然而，这两本书在近两千年里虽被奉为圭臬，但实际上从根本上就是错误的。

启蒙运动之后，科学家们开始认真记录天气状况的测量数据。多个国家建立了集中的气象服务机构。1854年，英国成立了气象局；六年后，美国气象局开始运作。借助新发明的电报，这些机构从偏远地区收集气象数据，并据此发布天气预报。不过，当时的预报方法很基础，气象学家只是在历史记录中寻找与当前状况最接近的情况，然后预测天气会以同样的方式发展。这种方法有时有效，但有时也会大错特错。

更精确预报方法的萌芽

20世纪初，美国气象局局长克利夫兰·阿贝指出，地球大气层本质上是气体的混合物。他认为气体在大气中的行为应与在实验室中相同。既然当代科学家能预测实验室中的气体在受热、受压和运动时的反应，那么气象学家也可以用同样的科学定律来预测大气中的气体在受到太阳热量和风流影响时的变化。当时，流体动力学（作用于流体的力）和热力学（热量作用于流体）的定律已经为人所知，为何不将它们应用于大气呢？

不久后，挪威科学家维利赫尔姆·比耶克内斯提出了一种两步预报方法。第一步，测量当前的天气状况；第二