Cum apare vremea și cu cât de precis o poți prezice?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-16 16:15

Meteorologii promit o zi însorită, iar în afara ferestrei - un viscol. Inexactitățile în prognoze sunt asociate atât cu schimbările rapide ale condițiilor de mediu, cât și cu transformările climatice globale. Cu toate acestea, meteorologii moderni au făcut o descoperire în prognoză, astăzi se folosesc algoritmi matematici pentru aceasta, se creează noi metode și instrumente pentru a studia condițiile meteorologice actuale.

Cum sunt studiate fenomenele naturale astăzi și dacă este posibil să se facă prognoze perfect precise în viitor a fost ușor disponibil în revista americană de știință populară Discover. T&P a adaptat articolul și l-a tradus.

Cum apare vremea

Stratul atmosferic al Pământului este compus în principal din azot, oxigen și vapori de apă. Acest aer se comportă ca un lichid și, curgând dintr-un loc în altul, modifică temperatura, umiditatea și alte caracteristici. Vremea este un produs secundar al atmosferei, care transportă căldura dintr-un loc în altul.

Aerul mai rece este dens și nu poate reține multă umiditate; aerul mai cald este mai puțin dens și poate reține mai multă apă. Atunci când zone de aer cu temperatură și densitate diferite se ciocnesc, ploaia are loc pe măsură ce apa se formează din aerul cald răcit. Pot apărea și alte precipitații. Pe măsură ce aerul cald și umed se ridică în sus, se răcește și apa se condensează pe particulele suspendate în aer. Picăturile care se ridică devin mai grele și cad ulterior pe Pământ.

Un uragan se formează atunci când apa de mare se încălzește peste 27 ℃ și se evaporă rapid, iar aerul de deasupra oceanului devine cald și crește. În locul ei vin șiroaie de aer rece care, de asemenea, se încălzesc și se ridică. Aceste mișcări creează vânturi puternice, se formează un uragan.

Cum au fost studiate fenomenele naturale înainte

Observațiile științifice ale vremii au început în Renaștere, când au fost inventate barometrele și termometrele. Savanți europeni antici, cum ar fi Galileo, au folosit aceste instrumente pentru a explica fenomenele meteorologice.

Dar predicțiile timpurii erau limitate și se bazau doar pe presupunerea că trecutul va determina comportamentul viitor.

„Dacă este o furtună astăzi în Kansas și a doua zi în Missouri, vă puteți da seama că va veni în Illinois a doua zi”, explică Bob Henson, meteorolog și autor al cărții Weather Underground.

Această metodă funcționează în condiții constante - când furtuna se mișcă treptat sau când clima locală nu se schimbă mult de la o zi la alta (de exemplu, în California de Sud).

Cu toate acestea, această metodă simplă nu ține cont de condițiile în schimbare: de exemplu, furtunile se formează rapid datorită convecției (deplasarea volumelor de aer de la o altitudine la alta, datorită forței arhimediene. - Ed.). Din fericire, există noi modalități de a prezice vremea în lumea de astăzi. Prognozele nu sunt făcute de oameni care se uită la hărți și de maximele și minimele de ieri, sunt făcute de mașini.

Prognoze meteo la zi

Meteorologii folosesc prognoza meteo numerică introducând date despre condițiile meteo actuale. Apoi sunt procesate într-un model computerizat. Cu cât sunt introduse informații mai relevante și mai precise, cu atât prognoza va fi mai precisă. Pentru a obține aceste date, sunt folosite instrumente precum un balon meteorologic, avioane, sateliți și geamanduri oceanice.

Tiparele meteorologice împart o regiune, un stat sau chiar întregul glob în celule. Dimensiunea lor afectează acuratețea prognozei. Dreptunghiurile mari sunt mai greu de văzut ce se întâmplă în zone mici, dar oferă o imagine de ansamblu a tendințelor vremii de-a lungul timpului. Această prognoză generală este necesară, de exemplu, pentru a determina mișcarea unei furtuni.

Celulele mici cu rezoluție mai mare permit prognoza pe o perioadă mai scurtă de timp - una până la două zile - și acoperă doar o anumită zonă. Unele modele se pot concentra pe date specifice, cum ar fi viteza vântului, temperatura și umiditatea. Prin urmare, două modele de computer pot da rezultate ușor diferite chiar și cu exact aceleași observații inițiale.

Sunt posibile predicții perfecte?

„Modelele computerizate sunt suficiente pentru prognozele meteo de zi cu zi, așa că meteorologii nu vor adăuga prea multe aici”, spune Schumacher, profesor asistent de științe atmosferice la Universitatea de Stat din Colorado. - Dar asta nu înseamnă că nu este deloc nevoie de oameni. Prognozatorul poate recunoaște inexactități în datele reproduse de sistemul informatic.”

Precipitațiile sunt mult mai greu de prezis decât temperatura, spune Matt Kölsch, un hidrometeorolog la Corporația de Cercetare Atmosferică a Universității din Boulder.

„Temperatura este un câmp continuu, este peste tot. Precipitațiile sunt un câmp intermitent, în unele locuri poate ploua sau ninge, dar în altele nu va fi deloc.”

Caracteristicile peisajului zonei, cum ar fi dealurile, coastele, afectează precipitațiile, iar modelele computerizate nu iau întotdeauna în considerare acest lucru. Kölsch spune că este nevoie de un meteorolog pentru a face prognoze pentru 24 până la 36 de ore. Prezicerea situațiilor de mare impact, cum ar fi uraganele, tornadele și inundațiile este mai dificilă și necesită atât resurse umane, cât și sisteme informatice.

Din anii 1950, calculatoarele rapide au devenit predicții din ce în ce mai precise. Prognoza de astăzi pentru cinci zile este exactă în aproximativ 90% din timp, potrivit Administrației Naționale pentru Oceane și Atmosfere.

Prognoza pe 7 zile se dovedește a fi corectă în 80% din timp, iar prognoza pe 10 zile 50%

Astăzi, o prognoză de uragan pe cinci zile este mai fiabilă decât o prognoză pe patru zile la începutul anilor 2000 și o prognoză pe trei zile în anii 1990. Și o lucrare Nature din 2015 a constatat că prognozele pentru trei până la zece zile s-au îmbunătățit cu aproximativ o zi într-un deceniu, ceea ce înseamnă că prognoza actuală pentru șase zile este la fel de precisă ca prognoza pentru cinci zile de acum 10 ani.

Din păcate, transformările climatice majore complică procesul de prognoză. Există o glumă că un fluture care zboară în Hong Kong poate schimba vremea în New York. Această idee a fost prezentată în 1972 de matematicianul și meteorologul Edward Lorenz. „Efectul fluture” este că schimbările mici pot avea un impact uriaș asupra dezvoltării întregului sistem.

În practică, aceasta înseamnă că un model de computer, rulat de mai multe ori, chiar și cu cele mai mici diferențe în condițiile actuale, poate da predicții diferite. Din acest motiv, limita potențială de prognoză este de aproximativ 14 zile, spune Bob Henson.

„Lorenz a spus, practic, că este imposibil să preziceți modelele vremii pentru mai mult de două săptămâni, deoarece aceste mici aripi de fluture și nenumărate alte lucruri mărunte vor duce la schimbări mari”, spune Henson.

Meteorologul Judt este încrezător că omenirea nu poate prezice niciodată o furtună cu mai mult de câteva ore înainte, indiferent cât de bune ar fi observațiile.

„Pentru uraganele și furtunile care sunt mult mai puternice (și, prin urmare, mai ușor de detectat în prealabil), perioada poate fi de două până la trei săptămâni”, spune el.

Atunci când fac o prognoză, meteorologii iau în considerare incertitudinile utilizând de mai multe ori un model matematic. În același timp, va da un rezultat ușor diferit, dar majoritatea vor fi similare. Cele mai frecvente vor fi rezultatul final.