Varför är väderprognoserna ofta felaktiga? (Eftersom det är så svårt att förutsäga)

Medan forskare som Einstein, Newton, Maxwell och andra kunde skapa teoretisk fysik som kunde förutsäga verkliga händelser med precision och noggrannhet, medan meteorologforskare (väder- och atmosfärsexperter) stod inför en annan verklighet.

Meteorologernas förutsägelser om vädret strider ofta mot verkliga händelser.

Människor har kunnat förutsäga exakt planeter, månar, kometer i hundratals år i framtiden, men har fortfarande inte kunnat förutsäga hur vädret kommer att bli en dag i framtiden med noggrannhet? Regnar det? Vad är temperaturen?

Vädervetenskapen har utvecklats snabbt

Vädervetenskap eller meteorologi började utvecklas för hundra år sedan, när matematikern Lewis Fry Richardson räknade för hand i 6 veckor för att förutsäga vädret de närmaste 6 timmarna.

Väderprognosen beror på datorns framsteg. För meteorologer är det en enorm prestation. För oss allmänheten spelar det ingen roll.

Väderprognoser har upplevt en betydande utveckling under åtminstone de senaste 20 åren.

Den 3-dagars väderprognos som görs idag är bättre än den en-dagars väderprognos de gjorde för 20 år sedan.

Väderforskare idag kan inte arbeta utan numeriska förutsägelser, som använder matematiska ekvationer för att förutsäga vädret.

Beräkning av denna matematiska ekvation kräver en sofistikerad dator och mycket fysiska parameterdata tillgängliga på land, till sjöss och i luften.

Det finns 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) molekyler i atmosfären rör sig slumpmässigt, och vi försöker beräkna rörelserna för alla dessa molekyler, riktigt hårda.

Miljontals data som måste samlas in och bearbetas

Kortsiktiga förutsägelser beror på temperatur, moln, nederbörd, vind och lufttryck. Långsiktiga förutsägelser, lägga till land- och havstemperaturer, havsströmmar, luftföroreningar och många andra.

Att förutsäga morgondagens morgonväder kräver mycket ansträngning. BMKG samlar in miljontals observationsdata varje dag från stationer på plats, samt från väderballonger och satelliter.

Läs också: Varför studera matematik? Köp inte Siomay med logaritmer, eller hur?

En väderstation kan inte samla in så mycket information. Den använder ett stort nätverk av väderstationer som samlar in data på flera platser över tiden.

väder förutsägelse verktyg

Vissa stationer ligger på land som åtminstone består av vindmätare för att mäta vindhastighet och riktning, vattenreservoar för mätning av regn, hydrotermometer för mätning av temperatur och luftfuktighet.

Flera andra stationer flyter i havet, observationsutrustning installerad i bojen. Och det finns fortfarande rörliga stationer, observationsutrustning installerad på plan och fartyg. Plus vädersatelliter och radiosonde ballonger för att få data från den övre atmosfären.

atmosfäriska väderförutsägelser

Alla fysiska parameterdata från alla dessa stationer genererar mer än 1 miljon data varje dag.

Din bärbara dator eller dator kommer inte att kunna lagra denna information, än mindre bearbeta den. Men meteorologer har superdatorer, kraftfulla motorer som kan beräkna miljontals data per sekund.

Superdator för att förutsäga vädret

väderprognos av superdator

I USA finns en superdator som drivs av National Centers for Environmental Prediction (NCEP). Arbetar med superdatorer, det finns mer än 10 000 processorer som arbetar med 2,6 petabyte data.

Där matas de observerade data in i en superdatorhjärna, som använder komplexa matematiska modelleringsekvationer för att förutsäga hur väderförhållandena förändras över tiden. Resultaten av denna superdatorprognos sänds eller sprids sedan till allmänheten via tv, internetsidor, applikationer och andra.

Tänk inte att den här superdatorn omöjligt kan göra misstag, även med sådan avancerad teknik, den här superdatorn är inte riktigt kapabel att möta den stora utmaningen att förutsäga vädret.

Storskaliga väderfenomen, som var och en påverkas av en mängd olika variabler. Tänk till exempel på hur solstrålning kommer att värma jordens yta, hur skillnader i lufttryck kommer att driva vindarna och hur förändringar i vattenfasen, smältning och avdunstning kommer att påverka energiflödet.

Meteorologer använder nu teknik och tekniker som kontinuerligt uppdateras för att hantera kaos, såsom förutsägelse med hjälp av en ensemble, som baseras på flera förutsägelser, var och en förutsägelse med en varierande utgångspunkt.

Om alla förutsägelser i ensemblen ser likadana ut, förutses vädret att vara normalt. Om det finns förutsägelser som ser påfallande annorlunda ut, förutses vädret att förändras.

Läs också: Vad är tardigrade? Varför kom du till månen?

Tyvärr är kaoset fortfarande kvar, meteorologer kan aldrig förutsäga vädret med absolut säkerhet. Oavsett om det kommer att bli en storm, en tornado eller extremt regn kommer det alltid att medföra katastrof med en liten varning.

Kaos, oordning som universums natur

Små förändringar av en av variablerna i denna komplexa beräkning kan ha stor inverkan på framtida väder. Edwan Lorenz, en meteorolog från MIT, kallar detta fjärilseffekten.

Enkelt avbildad så här kan fladdring av en fjärils vingar mitt i en asiatisk skog orsaka kraftigt regn i New York City.

Han är känd som fadern till kaosteorin, en vetenskaplig princip som beskriver superkomplexa system, såsom vädersystem, där små förändringar i de initiala förhållandena kan förändra slutresultatet drastiskt.

På grund av detta kaos eller oegentlighet finns det en gräns för när väderprognosen anses vara korrekt. Lorenz satte denna gräns på två veckor.

Dessutom är de numeriska ekvationerna som används för att simulera atmosfären föremål för kaos, med små fel som kan multipliceras.

Vädret i områden med hög latitud påverkas mycket av mötesrörelsen hos olika luftmassor som påverkas av lågtryckssystem. Luftmassornas rörelse är relativt lätt att förutsäga eftersom den rör sig gradvis.

Under tiden får tropiska områden som världen mycket energi från solen vilket gör konvektionsaktiviteten mer kaotisk så att det är svårare att förutsäga.

Kaos i naturen innebär att så länge vi fortsätter att göra antaganden om processer i atmosfären, kommer det alltid att finnas modeller för att göra misstag.

Hur kan vädret förutses i framtiden?

Högupplösta data krävs både rumsligt och i tid. Det behöver fler, miljoner väderobservationsstationer på olika platser.

Lyckligtvis med dagens framsteg inom teknik kan väderstationer vara mindre och mer rörliga. Denna väderobservationsstation kommer antagligen att finnas i allas hus eller i ett fordon till och med på en smartphone.

Eftersom mer och mer data samlas in behövs mer avancerade och snabbare superdatorer.

Ingenting är mer användbart än vår egen beredskap för vädret. Håll ordentligt ett paraply innan det regnar.

Referens

  • Varför väderprognosen alltid kommer att vara lite fel
  • Varför kan inte forskare förutsäga väder