2005年8月29日上午6:10，飓风“卡特里娜”的眼墙登陆路易斯安那州的布拉斯-特里安佛，随后摧毁了墨西哥湾沿岸的大部分地区。在几个月后的一份报告中，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）称其为过去100年来袭击美国海岸的最强风暴之一。
“卡特里娜”并非一开始就如此。在进入墨西哥湾后，它迅速增强，在2005年8月25日经过佛罗里达州南部时还是1级飓风，随后在那个周末大约一天的时间里，它获得了动力，从3级飓风一路跃升至5级飓风。
由于技术进步，包括更好的卫星数据和更快的计算机，以及对飓风内部实际情况日益增长的了解，我们用于预测飓风的计算模型已经大大改进。气象学家在预测热带气旋的行进路径方面已经做得相当不错。我们不擅长的是预测它们到达目的地时的强度。
这不是一个简单的方程，解出x就是答案。飓风预测涉及许多不同的计算机模型。每个模型都有细微差别，各有优势。“这不是一个简单的方程，解出x就是答案，”NOAA国家飓风中心的一名飓风专家John Cangialosi解释道。“做了很多假设。没有确切的答案。”
目前的模型在预测飓风路径方面相当准确——也就是它将去往何处。为此，我们可以使用全球动力学模型，这些模型获取来自世界各地的实时大气数据，并通过求解物理方程来预测接下来会发生什么。
“我们可以预测到80英里左右的范围。这实际上相当不错，”南卡罗来纳大学地理学教授Cary Mock说。
这些全球模型在预测事物大致走向方面表现良好，但它们的分辨率不足以告知我们关于飓风本身的太多信息。例如，它们无法很好地预测像“卡特里娜”这样的风暴何时会突然增强。“它甚至无法真正告诉你风暴当前有多强，”Cangialosi说。
在对特定风暴的强度进行建模时，我们倾向于使用不太复杂的统计模型。它们将当前风暴的基本信息，如位置和一年中的时间，与历史风暴行为进行比较，然后得出一个平均预测。Cangialosi说，统计模型“不是试图解析和模拟这股风暴将要做什么，而是会告诉我们……在这种位置和环境下，风暴平均来说会这样做。”它们运行速度更快，所需数据和计算能力也更少。
这仍然有些神秘。我们观察它们，但我们并没有真正从很大程度上理解它们。存在更复杂的预测模型，它们通常比简单的模型更准确。“我惊讶于我们可以将全世界的天气数据塞进一台电脑，”Mock说。“15年前我们还做不到。”一个缺点是：它们可能需要数小时才能在超级计算机上运行。因此，当风暴突然出现或快速变化时，研究人员必须依赖更快的统计模型，这些模型可以快速处理数据。
我们无法运行更准确的动力学模型来预测飓风强度，另一个原因是，我们并不完全理解飓风是如何运作的。“这仍然有些神秘，”Cangialosi说。“我们观察它们，但我们并没有真正从很大程度上理解它们。”
例如，直到最近我们才了解到，围绕飓风眼墙的结构会发生变化，并形成新的眼墙。这会影响飓风的强度，但不总是以相同的方式。有时会使飓风更强，有时会使飓风更弱。“这些是我们无法完全建模的东西。我们无法考虑眼墙的所有动力学，”Mock说。
因此，飓风预测仍然不仅依赖于计算机的数据处理，还依赖于人类的干预——一个实际的预报员，他会查看风暴的细节，并根据条件判断模型是否描绘了一幅准确的、有意义的画面。这就是为什么有时，一场预计会非常严重的风暴，却几乎没有造成什么影响，或者反之亦然。
我们开始通过驾驶飞机进入风暴眼来了解更多关于飓风动力学的信息。除了听起来很酷（进入风暴，为了科学！），将飞机直接派往源头，投放气象气球和传感器来收集风向、气压、水蒸气等方面的数据，可以帮助我们更多地了解风暴是如何运作的。
