Kako nastaje vrijeme i koliko ga točno možete predvidjeti?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-16 16:06

Prognostičari obećavaju sunčan dan, a izvan prozora - mećavu. Netočnosti u prognozama povezane su s brzim promjenama okolišnih uvjeta i globalnim klimatskim promjenama. Ipak, moderni meteorolozi napravili su iskorak u predviđanju, danas se za to koriste matematički algoritmi, stvaraju se nove metode i alati za proučavanje trenutnih vremenskih uvjeta.

Kako se danas proučavaju prirodni fenomeni i je li moguće napraviti savršeno točne prognoze u budućnosti, lako je dostupno u američkom popularnom znanstvenom časopisu Discover. T&P je prilagodio članak i preveo ga.

Kako nastaje vrijeme

Zemljin atmosferski sloj sastoji se prvenstveno od dušika, kisika i vodene pare. Taj se zrak ponaša kao tekućina i, strujući s jednog mjesta na drugo, mijenja temperaturu, vlažnost i druge karakteristike. Vrijeme je nusprodukt atmosfere, koji prenosi toplinu s jednog mjesta na drugo.

Hladniji zrak je gust i ne može zadržati mnogo vlage; topliji zrak je manje gustoće i može zadržati više vode. Kada se sudare područja zraka različite temperature i gustoće, nastaje kiša jer iz ohlađenog toplog zraka nastaje voda. Mogu se pojaviti i druge oborine. Kako se topli, vlažni zrak diže prema gore, hladi se i voda se kondenzira na česticama suspendiranim u zraku. Kapljice koje se dižu postaju teže i potom padaju na Zemlju.

Uragan nastaje kada se morska voda zagrije iznad 27 ℃ i brzo ispari, a zrak iznad oceana postaje topli i raste. Na njegovo mjesto dolaze struji hladnog zraka, koji se također zagrijavaju i dižu. Ovi pokreti stvaraju jake vjetrove, stvara se uragan.

Kako su se prije proučavali prirodni fenomeni

Znanstvena promatranja vremena započela su u renesansi, kada su izumljeni barometri i termometri. Stari europski znanstvenici kao što je Galileo koristili su ove alate da objasne vremenske pojave.

Ali rana predviđanja bila su ograničena i temeljila se samo na pretpostavci da će prošlost odrediti buduće ponašanje.

"Ako danas bude oluja u Kansasu i sljedećeg dana u Missouriju, možete reći da će doći u Illinois sljedeći dan", objašnjava Bob Henson, meteorolog i autor Weather Underground.

Ova metoda djeluje u stalnim uvjetima - kada se oluja postupno kreće ili kada se lokalna klima ne mijenja puno iz dana u dan (na primjer, u južnoj Kaliforniji).

Međutim, ova jednostavna metoda ne uzima u obzir promjenjive uvjete: na primjer, oluje se brzo formiraju zbog konvekcije (premještanje volumena zraka s jedne visine na drugu, zbog Arhimedove sile. - Ed.). Srećom, postoje novi načini za predviđanje vremena u današnjem svijetu. Prognoze ne rade ljudi koji gledaju karte i jučerašnje uspone i padove, već ih prave strojevi.

Ažurne vremenske prognoze

Meteorolozi koriste numeričku vremensku prognozu unosom podataka o trenutnim vremenskim prilikama. Zatim se obrađuju u kompjuterskom modelu. Što se unese relevantniji i točniji podatak, to će prognoza biti točnija. Za dobivanje ovih podataka koriste se instrumenti kao što su meteorološki balon, avioni, sateliti i oceanske plutače.

Vremenski obrasci dijele regiju, državu ili čak cijeli globus na ćelije. Njihova veličina utječe na točnost prognoze. Velikim pravokutnicima je teže vidjeti što se događa u malim područjima, ali oni daju opću sliku vremenskih trendova tijekom vremena. Ova opća prognoza nužna je, na primjer, kako bi se odredilo kretanje oluje.

Male ćelije veće razlučivosti omogućuju predviđanje u kraćem vremenskom razdoblju - jedan do dva dana - i pokrivaju samo određeno područje. Neki se modeli mogu fokusirati na određene podatke kao što su brzina vjetra, temperatura i vlažnost. Stoga dva računalna modela mogu dati malo različite rezultate čak i uz potpuno ista početna opažanja.

Jesu li moguća savršena predviđanja?

"Računalni modeli dovoljni su za svakodnevne vremenske prognoze, tako da meteorolozi ovdje neće puno dodati", kaže Schumacher, docent atmosferskih znanosti na Državnom sveučilištu Colorado. - Ali to ne znači da ljudi uopće nisu potrebni. Prognostičar može prepoznati netočnosti u podacima koje reproducira računalni sustav."

Oborine je mnogo teže predvidjeti nego temperaturu, kaže Matt Kölsch, hidrometeorolog sa Sveučilišne korporacije za istraživanje atmosfere u Boulderu.

“Temperatura je kontinuirano polje, svugdje je. Oborine su isprekidano polje, ponegdje može padati kiša ili snijeg, ali na drugim ih uopće neće biti."

Obilježja krajolika područja, kao što su brda, obale, utječu na oborine, a računalni modeli to ne uzimaju uvijek u obzir. Kölsch kaže da je za prognozu za 24 do 36 sati potreban meteorolog. Predviđanje situacija s velikim utjecajem poput uragana, tornada i poplava je izazovnije i zahtijeva i ljudske resurse i računalne sustave.

Od 1950-ih, brza računala postaju sve točnija predviđanja. Današnja petodnevna prognoza je točna oko 90% vremena, prema Nacionalnoj upravi za oceane i atmosferu.

7-dnevna prognoza ispada točna 80% vremena, a 10-dnevna prognoza 50%

Danas je petodnevna prognoza uragana pouzdanija od četverodnevne prognoze ranih 2000-ih i trodnevne prognoze 1990-ih. A časopis Nature iz 2015. otkrio je da su se prognoze za tri do deset dana poboljšale za otprilike jedan dan u desetljeću, što znači da je trenutna šestodnevna prognoza jednako točna kao i petodnevna prije 10 godina.

Nažalost, velike klimatske promjene kompliciraju proces predviđanja. Postoji vic da leptir koji leptira u Hong Kongu može promijeniti vrijeme u New Yorku. Ovu ideju iznio je 1972. matematičar i meteorolog Edward Lorenz. “Efekt leptira” je da male promjene mogu imati ogroman utjecaj na razvoj cijelog sustava.

U praksi to znači da jedan računalni model, pokrenut više puta, čak i uz najmanje razlike u trenutnim uvjetima, može dati različita predviđanja. Zbog toga je potencijalna granica predviđanja oko 14 dana, kaže Bob Henson.

“Lorenz je u osnovi rekao da je nemoguće predvidjeti vremenske obrasce dulje od dva tjedna, jer će ova mala leptirova krila i bezbroj drugih sitnica dovesti do velikih promjena”, kaže Henson.

Meteorolog Judt uvjeren je da čovječanstvo nikada ne može predvidjeti grmljavinu više od nekoliko sati unaprijed, bez obzira na to koliko su dobra opažanja.

“Za uragane i oluje koji su mnogo jači (i stoga ih je lakše otkriti unaprijed), razdoblje može biti dva do tri tjedna”, kaže on.

Prilikom izrade prognoze, meteorolozi uzimaju u obzir nesigurnosti koristeći matematički model nekoliko puta. Istodobno, to će dati nešto drugačiji rezultat, ali većina njih će biti slična. Najčešći će biti konačni rezultat.