Πώς δημιουργείται ο καιρός και πόσο σωστά μπορείτε να τον προβλέψετε;

2024 Συγγραφέας: Seth Attwood | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 16:02

Οι μετεωρολόγοι υπόσχονται μια ηλιόλουστη μέρα και έξω από το παράθυρο - μια χιονοθύελλα. Οι ανακρίβειες στις προβλέψεις συνδέονται τόσο με τις ταχέως μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες όσο και με τις παγκόσμιες κλιματικές αλλαγές. Παρ 'όλα αυτά, οι σύγχρονοι μετεωρολόγοι έχουν κάνει μια σημαντική ανακάλυψη στην πρόβλεψη, σήμερα χρησιμοποιούνται μαθηματικοί αλγόριθμοι για αυτό, δημιουργούνται νέες μέθοδοι και εργαλεία για τη μελέτη των τρεχουσών καιρικών συνθηκών.

Το πώς μελετώνται τα φυσικά φαινόμενα σήμερα και αν είναι δυνατόν να γίνουν απολύτως ακριβείς προβλέψεις στο μέλλον ήταν άμεσα διαθέσιμο στο αμερικανικό περιοδικό δημοφιλούς επιστήμης Discover. Το T&P προσάρμοσε το άρθρο και το μετέφρασε.

Πώς δημιουργείται ο καιρός

Το ατμοσφαιρικό στρώμα της Γης αποτελείται κυρίως από άζωτο, οξυγόνο και υδρατμούς. Αυτός ο αέρας συμπεριφέρεται σαν υγρό και, ρέοντας από το ένα μέρος στο άλλο, αλλάζει θερμοκρασία, υγρασία και άλλα χαρακτηριστικά. Ο καιρός είναι υποπροϊόν της ατμόσφαιρας, η οποία μεταφέρει θερμότητα από το ένα μέρος στο άλλο.

Ο ψυχρότερος αέρας είναι πυκνός και δεν μπορεί να συγκρατήσει πολλή υγρασία. Ο θερμότερος αέρας είναι λιγότερο πυκνός και μπορεί να κρατήσει περισσότερο νερό. Όταν συγκρούονται περιοχές αέρα διαφορετικής θερμοκρασίας και πυκνότητας, εμφανίζεται βροχή καθώς σχηματίζεται νερό από τον ψυχρό ζεστό αέρα. Μπορεί να σημειωθούν άλλες βροχοπτώσεις. Καθώς ο ζεστός, υγρός αέρας ανεβαίνει προς τα πάνω, ψύχεται και το νερό συμπυκνώνεται σε σωματίδια που αιωρούνται στον αέρα. Τα ανερχόμενα σταγονίδια γίνονται βαρύτερα και στη συνέχεια πέφτουν στη Γη.

Ένας τυφώνας σχηματίζεται όταν το θαλασσινό νερό θερμαίνεται πάνω από 27 ℃ και εξατμίζεται γρήγορα, και ο αέρας πάνω από τον ωκεανό γίνεται ζεστός και ανεβαίνει. Στη θέση του έρχονται ρεύματα κρύου αέρα, που επίσης θερμαίνονται και ανεβαίνουν. Αυτές οι κινήσεις δημιουργούν ισχυρούς ανέμους, σχηματίζεται ένας τυφώνας.

Πώς μελετήθηκαν τα φυσικά φαινόμενα πριν

Οι επιστημονικές παρατηρήσεις καιρού ξεκίνησαν στην Αναγέννηση, όταν εφευρέθηκαν τα βαρόμετρα και τα θερμόμετρα. Οι αρχαίοι Ευρωπαίοι μελετητές όπως ο Γαλιλαίος χρησιμοποίησαν αυτά τα εργαλεία για να εξηγήσουν τα καιρικά φαινόμενα.

Αλλά οι πρώτες προβλέψεις ήταν περιορισμένες και βασίστηκαν μόνο στην υπόθεση ότι το παρελθόν θα καθόριζε τη μελλοντική συμπεριφορά.

«Εάν υπάρχει καταιγίδα σήμερα στο Κάνσας και την επόμενη μέρα στο Μιζούρι, μπορείτε να πείτε ότι θα έρθει στο Ιλινόις την επόμενη μέρα», εξηγεί ο Μπομπ Χένσον, μετεωρολόγος και συγγραφέας του Weather Underground.

Αυτή η μέθοδος λειτουργεί υπό σταθερές συνθήκες - όταν η καταιγίδα κινείται σταδιακά ή όταν το τοπικό κλίμα δεν αλλάζει πολύ από μέρα σε μέρα (για παράδειγμα, στη Νότια Καλιφόρνια).

Ωστόσο, αυτή η απλή μέθοδος δεν λαμβάνει υπόψη τις μεταβαλλόμενες συνθήκες: για παράδειγμα, οι καταιγίδες σχηματίζονται γρήγορα λόγω μεταφοράς (μετακίνηση όγκων αέρα από το ένα υψόμετρο στο άλλο, λόγω της δύναμης του Αρχιμήδειου. - Εκδ.). Ευτυχώς, υπάρχουν νέοι τρόποι πρόβλεψης του καιρού στον σημερινό κόσμο. Οι προβλέψεις δεν γίνονται από ανθρώπους που κοιτάζουν τους χάρτες και τα χθεσινά ψηλά και χαμηλά, γίνονται από μηχανές.

Ενημερωμένες προγνώσεις καιρού

Οι μετεωρολόγοι χρησιμοποιούν αριθμητική πρόγνωση καιρού εισάγοντας δεδομένα σχετικά με τις τρέχουσες καιρικές συνθήκες. Στη συνέχεια υποβάλλονται σε επεξεργασία σε μοντέλο υπολογιστή. Όσο πιο σχετικές και ακριβείς πληροφορίες εισάγονται, τόσο πιο ακριβής θα είναι η πρόβλεψη. Για να ληφθούν αυτά τα δεδομένα, χρησιμοποιούνται όργανα όπως μετεωρολογικό μπαλόνι, αεροπλάνα, δορυφόροι και σημαδούρες ωκεανών.

Τα καιρικά μοτίβα χωρίζουν μια περιοχή, μια πολιτεία ή ακόμα και ολόκληρη την υδρόγειο σε κελιά. Το μέγεθός τους επηρεάζει την ακρίβεια της πρόβλεψης. Τα μεγάλα ορθογώνια είναι πιο δύσκολο να δούμε τι συμβαίνει σε μικρές περιοχές, αλλά παρέχουν μια συνολική εικόνα των καιρικών τάσεων με την πάροδο του χρόνου. Αυτή η γενική πρόβλεψη είναι απαραίτητη, για παράδειγμα, προκειμένου να προσδιοριστεί η κίνηση μιας καταιγίδας.

Τα μικρά κελιά με υψηλότερη ανάλυση επιτρέπουν την πρόβλεψη σε μικρότερο χρονικό διάστημα - μία έως δύο ημέρες - και καλύπτουν μόνο μια συγκεκριμένη περιοχή. Ορισμένα μοντέλα ενδέχεται να εστιάζουν σε συγκεκριμένα δεδομένα όπως η ταχύτητα του ανέμου, η θερμοκρασία και η υγρασία. Επομένως, δύο μοντέλα υπολογιστών μπορούν να δώσουν ελαφρώς διαφορετικά αποτελέσματα ακόμη και με ακριβώς τις ίδιες αρχικές παρατηρήσεις.

Είναι δυνατές οι τέλειες προβλέψεις;

«Τα μοντέλα υπολογιστών επαρκούν για τις καθημερινές προγνώσεις καιρού, επομένως οι μετεωρολόγοι δεν θα προσθέσουν πολλά εδώ», λέει ο Schumacher, επίκουρος καθηγητής ατμοσφαιρικών επιστημών στο Κρατικό Πανεπιστήμιο του Κολοράντο. - Αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι οι άνθρωποι δεν χρειάζονται καθόλου. Ο προγνώστης μπορεί να αναγνωρίσει ανακρίβειες στα δεδομένα που αναπαράγονται από το σύστημα υπολογιστή."

Η βροχόπτωση είναι πολύ πιο δύσκολο να προβλεφθεί από τη θερμοκρασία, λέει ο Matt Kölsch, υδρομετεωρολόγος στην Ατμοσφαιρική Ερευνητική Εταιρεία του Πανεπιστημίου στο Boulder.

«Η θερμοκρασία είναι ένα συνεχές πεδίο, είναι παντού. Η βροχόπτωση είναι ένα διακοπτόμενο πεδίο, σε ορισμένα μέρη μπορεί να βρέξει ή να χιονίσει, αλλά σε άλλα δεν θα είναι καθόλου.»

Τα χαρακτηριστικά του τοπίου της περιοχής, όπως οι λόφοι, οι ακτές, επηρεάζουν τη βροχόπτωση και τα μοντέλα υπολογιστών δεν το λαμβάνουν πάντα υπόψη. Ο Kölsch λέει ότι χρειάζεται ένας μετεωρολόγος για να κάνει προβλέψεις για 24 έως 36 ώρες. Η πρόβλεψη καταστάσεων υψηλού αντίκτυπου όπως τυφώνες, ανεμοστρόβιλοι και πλημμύρες είναι πιο δύσκολη και απαιτεί τόσο ανθρώπινους πόρους όσο και συστήματα υπολογιστών.

Από τη δεκαετία του 1950, οι γρήγοροι υπολογιστές γίνονται όλο και πιο ακριβείς προβλέψεις. Η σημερινή πενθήμερη πρόβλεψη είναι ακριβής περίπου στο 90% του χρόνου, σύμφωνα με την Εθνική Υπηρεσία Ωκεανών και Ατμόσφαιρας.

Η πρόβλεψη 7 ημερών αποδεικνύεται σωστή στο 80% των περιπτώσεων και η πρόβλεψη 10 ημερών στο 50%

Σήμερα, μια πρόβλεψη τυφώνα πέντε ημερών είναι πιο αξιόπιστη από μια πρόβλεψη τεσσάρων ημερών στις αρχές της δεκαετίας του 2000 και μια πρόβλεψη τριών ημερών στη δεκαετία του 1990. Και ένα έγγραφο του Nature του 2015 διαπίστωσε ότι οι προβλέψεις για τρεις έως δέκα ημέρες βελτιώθηκαν κατά περίπου μία ημέρα σε μια δεκαετία, πράγμα που σημαίνει ότι η τρέχουσα πρόβλεψη των έξι ημερών είναι εξίσου ακριβής με την πρόβλεψη πέντε ημερών πριν από 10 χρόνια.

Δυστυχώς, οι μεγάλες κλιματικές αλλαγές περιπλέκουν τη διαδικασία πρόβλεψης. Υπάρχει ένα αστείο ότι μια πεταλούδα που χτυπάει στο Χονγκ Κονγκ μπορεί να αλλάξει τον καιρό στη Νέα Υόρκη. Αυτή η ιδέα προτάθηκε το 1972 από τον μαθηματικό και μετεωρολόγο Edward Lorenz. Το «φαινόμενο της πεταλούδας» είναι ότι οι μικρές αλλαγές μπορούν να έχουν τεράστιο αντίκτυπο στην ανάπτυξη ολόκληρου του συστήματος.

Στην πράξη, αυτό σημαίνει ότι ένα μοντέλο υπολογιστή, που εκτελείται περισσότερες από μία φορές, ακόμη και με τις μικρότερες διαφορές στις τρέχουσες συνθήκες, μπορεί να δώσει διαφορετικές προβλέψεις. Εξαιτίας αυτού, το πιθανό όριο πρόβλεψης είναι περίπου 14 ημέρες, λέει ο Bob Henson.

«Ο Lorenz είπε βασικά ότι είναι αδύνατο να προβλέψουμε τα καιρικά μοτίβα για περισσότερο από δύο εβδομάδες, επειδή αυτά τα μικρά φτερά πεταλούδας και αμέτρητα άλλα μικρά πράγματα θα οδηγήσουν σε μεγάλες αλλαγές», λέει ο Henson.

Ο μετεωρολόγος Judt είναι βέβαιος ότι η ανθρωπότητα δεν μπορεί ποτέ να προβλέψει μια καταιγίδα περισσότερο από μερικές ώρες νωρίτερα, ανεξάρτητα από το πόσο καλές είναι οι παρατηρήσεις.

«Για τυφώνες και καταιγίδες που είναι πολύ ισχυρότεροι (και επομένως πιο εύκολο να εντοπιστούν εκ των προτέρων), η περίοδος μπορεί να είναι δύο έως τρεις εβδομάδες», λέει.

Όταν κάνουν μια πρόβλεψη, οι μετεωρολόγοι υπολογίζουν τις αβεβαιότητες χρησιμοποιώντας ένα μαθηματικό μοντέλο πολλές φορές. Ταυτόχρονα, θα δώσει ένα ελαφρώς διαφορετικό αποτέλεσμα, αλλά τα περισσότερα από αυτά θα είναι παρόμοια. Οι πιο συχνές θα είναι το τελικό αποτέλεσμα.