Ενώ επιστήμονες όπως ο Αϊνστάιν, ο Νεύτωνας, ο Μάξγουελ και άλλοι θα μπορούσαν να δημιουργήσουν θεωρητική φυσική ικανή να προβλέψει πραγματικά γεγονότα με ακρίβεια και ακρίβεια, ενώ οι μετεωρολογικοί επιστήμονες (καιρικοί και ατμοσφαιρικοί εμπειρογνώμονες) αντιμετώπισαν μια διαφορετική πραγματικότητα.
Οι προβλέψεις των μετεωρολόγων για τον καιρό συχνά έρχονται σε αντίθεση με τα πραγματικά γεγονότα.
Οι άνθρωποι μπόρεσαν να προβλέψουν με ακρίβεια τις θέσεις των πλανητών, των φεγγαριών, των κομήτων για εκατοντάδες χρόνια στο μέλλον, αλλά εξακολουθούν να μην μπορούν να προβλέψουν πώς θα είναι ο καιρός μια μέρα στο μέλλον με ακρίβεια; Βρέχει? Ποιά είναι η θερμοκρασία?
Η καιρική επιστήμη έχει αναπτυχθεί ραγδαία
Η μετεωρολογική επιστήμη ή η μετεωρολογία άρχισε να αναπτύσσεται πριν από έναν αιώνα, όταν ο μαθηματικός Lewis Fry Richardson μετρήθηκε με το χέρι για 6 εβδομάδες για να προβλέψει τις επόμενες 6 ώρες καιρού.
Η πρόβλεψη καιρού εξαρτάται από την πρόοδο του υπολογιστή. Για τους μετεωρολόγους είναι ένα τεράστιο επίτευγμα. Για εμάς, το ευρύ κοινό, δεν έχει σημασία.
Η πρόγνωση του καιρού γνώρισε σημαντικές εξελίξεις για τουλάχιστον τα τελευταία 20 χρόνια.
Η πρόγνωση καιρού 3 ημερών που έγινε σήμερα είναι καλύτερη από την πρόγνωση καιρού μιας ημέρας που έκαναν πριν από 20 χρόνια.
Οι επιστήμονες του καιρού σήμερα δεν μπορούν να εργαστούν χωρίς αριθμητικές προβλέψεις, οι οποίες χρησιμοποιούν μαθηματικές εξισώσεις για να προβλέψουν τον καιρό.
Ο υπολογισμός αυτής της μαθηματικής εξίσωσης απαιτεί έναν εξελιγμένο υπολογιστή και πολλά φυσικά δεδομένα παραμέτρων διαθέσιμα στην ξηρά, τη θάλασσα και τον αέρα.
Υπάρχουν 2 × 10⁴⁴ (200.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000) μόρια στην ατμόσφαιρα που κινούνται τυχαία και προσπαθούμε να υπολογίσουμε τις κινήσεις όλων αυτών των μορίων, πραγματικά σκληρά.
Εκατομμύρια δεδομένα που πρέπει να συλλεχθούν και να υποβληθούν σε επεξεργασία
Οι βραχυπρόθεσμες προβλέψεις εξαρτώνται από τη θερμοκρασία, τα σύννεφα, τις βροχοπτώσεις, την πίεση του ανέμου και του αέρα. Μακροπρόθεσμες προβλέψεις, προσθέστε θερμοκρασίες στη γη και τη θάλασσα, τα ρεύματα των ωκεανών, την ατμοσφαιρική ρύπανση και πολλά άλλα.
Η πρόβλεψη του καιρού του αύριο το πρωί απαιτεί μεγάλη προσπάθεια. Η BMKG συλλέγει εκατομμύρια δεδομένα παρατήρησης που λαμβάνονται καθημερινά από επιτόπιους σταθμούς, καθώς και από μπαλόνια καιρού και δορυφόρους.
Διαβάστε επίσης: Γιατί να σπουδάσετε μαθηματικά; Μην αγοράζετε το Siomay χρησιμοποιώντας λογάριθμους, σωστά;Ένας μετεωρολογικός σταθμός δεν μπορεί να συλλέξει τόσες πολλές πληροφορίες. Χρησιμοποιείται ένα μεγάλο δίκτυο μετεωρολογικών σταθμών που συλλέγει δεδομένα σε πολλές τοποθεσίες με την πάροδο του χρόνου.
Ορισμένοι σταθμοί βρίσκονται στην ξηρά που αποτελούνται τουλάχιστον από ένα ανεμόμετρο για τη μέτρηση της ταχύτητας και της κατεύθυνσης του ανέμου, μια δεξαμενή νερού για τη μέτρηση της βροχόπτωσης, ένα υδροθερμόμετρο για τη μέτρηση της θερμοκρασίας και της υγρασίας.
Αρκετοί άλλοι σταθμοί επιπλέουν στον ωκεανό, εξοπλισμό παρατήρησης εγκατεστημένο στο σημαντήρα. Και υπάρχουν ακόμα κινούμενοι σταθμοί, εξοπλισμός παρατήρησης εγκατεστημένος σε αεροπλάνα και πλοία. Συν δορυφόροι καιρού και μπαλόνια ραδιοφώνου για λήψη δεδομένων από την ανώτερη ατμόσφαιρα.
Όλα τα δεδομένα φυσικών παραμέτρων από όλους αυτούς τους σταθμούς παράγουν περισσότερα από 1 εκατομμύριο δεδομένα κάθε μέρα.
Ο φορητός ή ο υπολογιστής σας δεν θα μπορούν να αποθηκεύσουν αυτά τα δεδομένα, πόσο μάλλον να τα επεξεργαστούν. Όμως οι μετεωρολόγοι διαθέτουν υπερ-υπολογιστές, ισχυρούς κινητήρες που μπορούν να υπολογίσουν εκατομμύρια δεδομένα ανά δευτερόλεπτο.
Υπερ-υπολογιστής για την πρόβλεψη του καιρού
Στις Ηνωμένες Πολιτείες, υπάρχουν υπερ-υπολογιστές που λειτουργούν από τα Εθνικά Κέντρα Περιβαλλοντικής Πρόβλεψης (NCEP). Δουλεύοντας με υπερ-υπολογιστές, υπάρχουν περισσότεροι από 10.000 επεξεργαστές, οι οποίοι εργάζονται με 2,6 petabytes δεδομένων.
Εκεί, τα παρατηρούμενα δεδομένα τροφοδοτούνται σε έναν εγκέφαλο υπερ-υπολογιστή, ο οποίος χρησιμοποιεί πολύπλοκες εξισώσεις μαθηματικής μοντελοποίησης για να προβλέψει πώς αλλάζουν οι καιρικές συνθήκες με την πάροδο του χρόνου. Στη συνέχεια, τα αποτελέσματα αυτής της πρόβλεψης υπερ-υπολογιστή μεταδίδονται ή διαδίδονται στο κοινό μέσω τηλεόρασης, σελίδων Διαδικτύου, εφαρμογών και άλλων.
Μην νομίζετε ότι αυτός ο υπερυπολογιστής δεν μπορεί να κάνει λάθη, ακόμη και με μια τόσο προηγμένη τεχνολογία, αυτός ο υπερυπολογιστής δεν είναι αρκετά ικανός να αντιμετωπίσει τη μεγάλη πρόκληση της πρόβλεψης του καιρού.
Μετεωρολογικά φαινόμενα μεγάλης κλίμακας, καθένα από τα οποία επηρεάζεται από μια ποικιλία διαφορετικών μεταβλητών. Για παράδειγμα, σκεφτείτε πώς η ηλιακή ακτινοβολία θα θερμαίνει την επιφάνεια της γης, πώς οι διαφορές στην πίεση του αέρα θα οδηγήσουν τους ανέμους και πώς οι αλλαγές στη φάση του νερού, την τήξη και την εξάτμιση θα επηρεάσουν τη ροή ενέργειας.
Οι μετεωρολόγοι χρησιμοποιούν τώρα τεχνολογία και τεχνικές που ενημερώνονται συνεχώς για να αντιμετωπίσουν το χάος, όπως η πρόβλεψη χρησιμοποιώντας ένα σύνολο, το οποίο βασίζεται σε πολλές προβλέψεις, κάθε πρόβλεψη χρησιμοποιώντας ένα διαφορετικό σημείο εκκίνησης.
Εάν όλες οι προβλέψεις στο σύνολο φαίνονται ίδιες, τότε ο καιρός προβλέπεται να τείνει να είναι φυσιολογικός. Εάν υπάρχουν προβλέψεις που φαίνονται εντυπωσιακά διαφορετικές, τότε ο καιρός προβλέπεται να τείνει να αλλάζει.
Διαβάστε επίσης: Τι είναι το tardigrade; Γιατί φτάσατε στη Σελήνη;Δυστυχώς, το χάος εξακολουθεί να υπάρχει, οι μετεωρολόγοι δεν μπορούν ποτέ να προβλέψουν τον καιρό με απόλυτη βεβαιότητα. Είτε θα υπάρξουν καταιγίδες, ανεμοστρόβιλοι, ακραία βροχή, θα φέρει πάντα καταστροφή με μια μικρή προειδοποίηση.
Χάος, διαταραχή ως η φύση του σύμπαντος
Μικρές αλλαγές σε οποιαδήποτε από τις μεταβλητές σε αυτόν τον πολύπλοκο υπολογισμό μπορεί να έχουν μεγάλο αντίκτυπο στο μελλοντικό καιρό. Ο Edwan Lorenz, ένας μετεωρολόγος από το MIT, το αποκαλεί αυτό το φαινόμενο της πεταλούδας.
Απλά απεικονίζεται έτσι, το χτύπημα των φτερών μιας πεταλούδας στη μέση ενός ασιατικού δάσους μπορεί να προκαλέσει δυνατή βροχή στη Νέα Υόρκη.
Είναι γνωστός ως ο πατέρας της θεωρίας του χάους, μια επιστημονική αρχή που περιγράφει εξαιρετικά περίπλοκα συστήματα, όπως τα καιρικά συστήματα, όπου μικρές αλλαγές στις αρχικές συνθήκες μπορούν να αλλάξουν δραστικά το τελικό αποτέλεσμα.
Λόγω αυτού του χάους ή της παρατυπίας, υπάρχει ένα όριο όταν οι καιρικές προβλέψεις θεωρούνται ακριβείς. Ο Lorenz έθεσε αυτό το όριο σε δύο εβδομάδες.
Επιπλέον, οι αριθμητικές εξισώσεις που χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση της ατμόσφαιρας υπόκεινται επίσης σε χάος, με μικρά σφάλματα που μπορούν να πολλαπλασιαστούν.
Ο καιρός σε περιοχές με μεγάλο γεωγραφικό πλάτος επηρεάζεται πολύ από την κίνηση συνάντησης διαφορετικών μαζών αέρα που επηρεάζονται από συστήματα χαμηλής πίεσης. Η κίνηση των μαζών αέρα είναι σχετικά εύκολο να προβλεφθεί γιατί κινείται σταδιακά.
Εν τω μεταξύ, σε τροπικές περιοχές όπως ο Κόσμος, λαμβάνετε πολλή ενέργεια από τον ήλιο που καθιστά τη δραστηριότητα μεταφοράς πιο χαοτική, ώστε να είναι πιο δύσκολο να προβλεφθεί.
Το χάος στη φύση σημαίνει ότι όσο συνεχίζουμε να κάνουμε υποθέσεις σχετικά με τις διαδικασίες στην ατμόσφαιρα, θα υπάρχει πάντα η δυνατότητα για τα μοντέλα να κάνουν λάθη.
Πώς μπορεί να προβλεφθεί ο καιρός στο μέλλον;
Απαιτούνται δεδομένα υψηλής ανάλυσης τόσο χωρικά όσο και χρονικά. Χρειάζεται περισσότερα, εκατομμύρια σταθμούς παρατήρησης καιρού σε διάφορες τοποθεσίες.
Ευτυχώς με τις σημερινές εξελίξεις στην τεχνολογία, οι σταθμοί παρακολούθησης καιρού μπορεί να είναι μικρότεροι και πιο φορητοί. Αυτός ο σταθμός παρατήρησης του καιρού θα είναι πιθανότατα στο σπίτι όλων, ή σε ένα όχημα ακόμη και σε smartphone.
Καθώς συλλέγονται όλο και περισσότερα δεδομένα, απαιτούνται πιο προηγμένοι και γρηγορότεροι υπερυπολογιστές.
Τίποτα δεν είναι πιο χρήσιμο από τη δική μας ετοιμότητα για τον καιρό. Όπως λέει η παροιμία, κρατήστε μια ομπρέλα πριν βρέξει.
Αναφορά
- Γιατί η πρόγνωση καιρού θα είναι πάντα λίγο λάθος
- Γιατί δεν μπορεί ο επιστήμονας να προβλέψει τον καιρό
