Чому прогнози погоди часто неправильні? (Тому що це так важко передбачити)

Тоді як такі вчені, як Ейнштейн, Ньютон, Максвелл та інші, змогли створити теоретичну фізику, яка була здатна передбачати реальні події з точністю та точністю, тоді як метеорологи (експерти з погоди та атмосфери) стикалися з іншою реальністю.

Прогнози метеорологів щодо погоди часто суперечать реальним подіям.

Люди змогли точно передбачити положення планет, супутників і комет протягом сотень років у майбутньому, але все ще не можуть передбачити, якою буде погода одного дня в майбутньому з точністю? Це дощ? Яка температура?

Наука про погоду швидко розвивалася

Наука про погоду або метеорологія почали розвиватися століття тому, коли математик Льюїс Фрай Річардсон підрахував від руки протягом 6 тижнів, щоб передбачити наступні 6 годин погоди.

Прогноз погоди залежить від прогресу роботи комп’ютера. Для метеорологів це величезне досягнення. Для нас, широкої громадськості, це насправді не має значення.

Прогноз погоди зазнав значних змін щонайменше за останні 20 років.

3-денний прогноз погоди, зроблений сьогодні, кращий за одноденний прогноз погоди, який вони зробили 20 років тому.

Сьогодні метеорологи не можуть працювати без числових прогнозів, які використовують математичні рівняння для прогнозування погоди.

Для розрахунку цього математичного рівняння потрібен складний комп'ютер і багато даних про фізичні параметри, доступні на суші, морі та повітрі.

У атмосфері є 2 × 10⁴⁴ (200 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000) молекул, які рухаються хаотично, і ми намагаємось обчислити рухи всіх цих молекул, насправді важко.

Мільйони даних, які необхідно збирати та обробляти

Короткострокові прогнози залежать від температури, хмар, опадів, вітру та тиску повітря. Довгострокові прогнози, додавання температури суші та моря, океанічних течій, забруднення повітря та багатьох інших.

Прогнозування погоди на завтра вимагає великих зусиль. BMKG щодня збирає мільйони даних спостережень, отриманих з місцевих станцій, а також з погодних аеростатів та супутників.

Читайте також: Чому вивчати математику? Не купуйте Siomay, використовуючи логарифми, так?

Одна метеостанція не може зібрати стільки інформації. Він використовує велику мережу метеостанцій, яка з часом збирає дані в різних місцях.

інструмент прогнозування погоди

Деякі станції знаходяться на суші, що принаймні складаються з анемометра для вимірювання швидкості та напрямку вітру, водойми для вимірювання опадів, гідротермометра для вимірювання температури та вологості.

Кілька інших станцій плавають в океані, в буйі встановлено спостережне обладнання. А ще є рухомі станції, спостережне обладнання, встановлене на літаках і кораблях. Плюс погодні супутники та радіохвильові аеростати для отримання даних із верхніх шарів атмосфери.

прогнозування атмосферної погоди

Усі дані про фізичні параметри з усіх цих станцій щодня генерують понад 1 мільйон даних.

Ваш ноутбук або комп’ютер не зможе зберігати ці дані, не кажучи вже про їх обробку. Але метеорологи мають суперкомп’ютери, потужні двигуни, здатні обчислювати мільйони даних в секунду.

Суперкомп'ютер для прогнозування погоди

прогнозування погоди за допомогою суперкомп'ютера

У США є суперкомп’ютери, що експлуатуються Національними центрами екологічного прогнозування (NCEP). Працюючи з суперкомп'ютерами, існує більше 10 000 процесорів, що працюють з 2,6 петабайтами даних.

Там спостережувані дані надходять у суперкомп’ютерний мозок, який використовує складні рівняння математичного моделювання для прогнозування зміни погодних умов з часом. Потім результати цього суперкомп’ютерного прогнозування транслюються або поширюються серед громадськості через телебачення, Інтернет-сторінки, програми та інші.

Не думайте, що цей суперкомп'ютер не може припуститися помилок, навіть маючи настільки передові технології, цей суперкомп'ютер не зовсім здатний вирішити великий виклик прогнозування погоди.

Широкомасштабні погодні явища, на кожне з яких впливає безліч різних змінних. Наприклад, розглянемо, як сонячна радіація буде нагрівати земну поверхню, як різниця в тиску повітря буде рухати вітри і як зміни фази води, танення та випаровування впливатимуть на потік енергії.

Зараз метеорологи використовують технології та техніки, які постійно оновлюються, для боротьби з хаосом, такі як передбачення за допомогою ансамблю, який базується на декількох передбаченнях, кожне передбачення з використанням різної вихідної точки.

Якщо всі прогнози в ансамблі виглядають однаково, то прогнозується, що погода буде нормальною. Якщо існують прогнози, які виглядають разюче інакшими, то прогнозується, що погода буде змінюватися.

Читайте також: Що таке тардиград? Чому ви потрапили на Місяць?

На жаль, хаос все ще існує, метеорологи ніколи не можуть передбачити погоду з абсолютною впевненістю. Буде шторм, торнадо чи сильний дощ, це завжди принесе катастрофу з невеликим попередженням.

Хаос, безлад як природа Всесвіту

Невеликі зміни будь-якої зі змінних у цьому складному розрахунку можуть мати великий вплив на майбутню погоду. Едуан Лоренц, метеоролог з Массачусетського технологічного інституту, називає це ефектом метелика.

Просто зобразивши так, махання крилами метелика посеред азіатського лісу може спричинити сильний дощ у Нью-Йорку.

Він відомий як батько теорії хаосу, наукового принципу, який описує надскладні системи, такі як погодні системи, де невеликі зміни початкових умов можуть кардинально змінити кінцевий результат.

Через цей хаос чи нерегулярність існує обмеження, коли прогноз погоди вважається точним. Лоренц встановив цю межу за два тижні.

Крім того, числові рівняння, що використовуються для моделювання атмосфери, також зазнають хаосу, з невеликими помилками, які можна множити.

На погоду в районах високих широт значний вплив має рух зустрічей різних повітряних мас, на які впливають системи низького тиску. Рух повітряних мас порівняно легко передбачити, оскільки він рухається поступово.

Тим часом у таких тропічних районах, як Світ, отримують багато енергії від сонця, що робить конвекційну активність більш хаотичною, тому її важче передбачити.

Хаос у природі означає, що поки ми продовжуємо робити припущення щодо процесів в атмосфері, моделі завжди будуть помилятися.

Як можна передбачити погоду в майбутньому?

Дані високої роздільної здатності потрібні як просторово, так і в часі. Їй потрібно більше, мільйони станцій спостереження за погодою в різних місцях.

На щастя, завдяки сучасним технологічним досягненням метеостанції можуть бути меншими та мобільнішими. Ця станція спостереження за погодою, ймовірно, буде вдома у кожного або в транспортному засобі, навіть на смартфоні.

У міру того, як збирається все більше даних, потрібні більш досконалі та швидші суперкомп’ютери.

Ніщо не є кориснішим за власну готовність до погоди. Як говориться, тримайте парасольку до дощу.

Довідково

  • Чому прогноз погоди завжди буде дещо неправильним
  • Чому вчений не може передбачити погоду