מדוע תחזיות מזג האוויר שגויות לרוב? (כי כל כך קשה לחזות)

בעוד מדענים כמו איינשטיין, ניוטון, מקסוול ואחרים יכולים ליצור פיזיקה תיאורטית המסוגלת לחזות אירועים אמיתיים בדיוק ובדיוק, בעוד מדענים מטאורולוגיים (מומחי מזג אוויר ואווירה) עמדו בפני מציאות אחרת.

התחזיות של מטאורולוגים לגבי מזג האוויר סותרות לרוב אירועים אמיתיים.

בני אדם הצליחו לחזות במדויק את מיקומם של כוכבי הלכת, הירחים, השביטים כבר מאות שנים בעתיד, אך עדיין אינם מסוגלים לחזות כיצד יהיה מזג האוויר יום אחד בעתיד בדיוק? האם יורד גשם? מה הטמפרטורה?

מדעי מזג האוויר התפתחו במהירות

מדעי מזג האוויר או מטאורולוגיה החלו להתפתח לפני מאה שנה, כאשר המתמטיקאי לואיס פריי ריצ'רדסון ספר ביד במשך 6 שבועות כדי לחזות את 6 השעות הבאות של מזג האוויר.

תחזית מזג האוויר תלויה בהתקדמות המחשב. עבור מטאורולוגים זה הישג עצום. עבורנו, הציבור הרחב, זה לא ממש משנה.

חיזוי מזג האוויר חווה התפתחויות משמעותיות לפחות בעשרים השנים האחרונות.

תחזית מזג האוויר למשך 3 ימים שנעשתה היום טובה יותר מחיזוי מזג האוויר ליום אחד שעשו לפני 20 שנה.

מדעני מזג האוויר כיום אינם יכולים לעבוד ללא תחזיות מספריות, המשתמשות במשוואות מתמטיות לחיזוי מזג האוויר.

חישוב משוואה מתמטית זו דורש מחשב משוכלל והרבה נתונים על פרמטרים פיזיים הזמינים ביבשה, בים ובאוויר.

יש באטמוספרה 2 × 10⁴⁴ (200,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000) שנעים באופן אקראי, ואנחנו מנסים לחשב את התנועות של כל המולקולות האלה, ממש קשות.

מיליוני נתונים שיש לאסוף ולעבד

תחזיות לטווח קצר תלויות בטמפרטורה, בעננים, גשמים, רוח ולחץ אוויר. חיזויים ארוכי טווח, מוסיפים טמפרטורות יבשות וים, זרמי ים, זיהום אוויר ורבים אחרים.

חיזוי מזג האוויר של מחר דורש מאמץ רב. BMKG אוספת מדי יום מיליוני נתונים תצפיתיים שנלקחו מתחנות במקום, כמו גם מבלוני מזג אוויר ולוויינים.

קרא גם: מדוע ללמוד מתמטיקה? אל תקנו את Siomay באמצעות לוגריתמים, נכון?

תחנת מזג אוויר אחת לא יכולה לאסוף כל כך הרבה מידע. נעשה שימוש ברשת גדולה של תחנות מזג אוויר אשר אוספת נתונים במספר מיקומים לאורך זמן.

כלי חיזוי מזג האוויר

תחנות מסוימות ממוקמות ביבשה המורכבות לפחות מדחום למדידת מהירות וכיוון הרוח, מאגר מים למדידת גשמים, מדחום למדידת טמפרטורה ולחות.

כמה תחנות נוספות צפות באוקיאנוס, ציוד תצפית מותקן במצוף. ויש עדיין תחנות נעות, ציוד תצפית המותקן על מטוסים וספינות. בנוסף לווייני מזג אוויר ובלוני רדיו-סונד כדי לקבל נתונים מהאטמוספירה העליונה.

חיזוי מזג אוויר אטמוספרי

כל נתוני הפרמטרים הפיזיים מכל התחנות הללו מייצרים יותר ממיליון נתונים מדי יום.

המחשב הנייד או המחשב שלך לא יוכלו לאחסן נתונים אלה, שלא לדבר על לעבד אותם. אך למטאורולוגים יש מחשבי-על, מנועים חזקים המסוגלים לחשב מיליוני נתונים בשנייה.

מחשב-על לחיזוי מזג האוויר

חיזוי מזג האוויר על ידי מחשב העל

בארצות הברית ישנם מחשבי-על המופעלים על ידי המרכזים הלאומיים לחיזוי סביבתי (NCEP). בעבודה עם מחשבי-על ישנם יותר מ -10,000 מעבדים העובדים עם 2.6 פטה-בייט נתונים.

שם, הנתונים שנצפו מוזנים למוח של מחשב-על, המשתמש במשוואות דוגמנות מתמטיות מורכבות כדי לחזות כיצד משתנים תנאי מזג האוויר לאורך זמן. תוצאות חיזוי מחשב העל הזה מועברות או מועברות לציבור באמצעות טלוויזיה, דפי אינטרנט, יישומים ואחרים.

אל תחשוב שמחשב-העל הזה לא יכול לעשות טעויות, אפילו בטכנולוגיה מתקדמת כזו, מחשב-העל הזה לא ממש מסוגל להתמודד עם האתגר הגדול של חיזוי מזג האוויר.

תופעות מזג אוויר בקנה מידה גדול, שכל אחת מהן מושפעת ממגוון משתנים שונים. לדוגמה, שקול כיצד קרינת השמש תחמם את פני כדור הארץ, כיצד הבדלים בלחץ האוויר יניעו את הרוחות, וכיצד שינויים בשלב המים, ההיתוך והאידוי ישפיעו על זרימת האנרגיה.

מטאורולוגים משתמשים כיום בטכנולוגיה ובטכניקות המתעדכנות באופן רציף להתמודדות עם תוהו ובוהו, כמו חיזוי באמצעות אנסמבל, המבוסס על מספר תחזיות, כאשר כל חיזוי משתמש בנקודת התחלה משתנה.

אם כל התחזיות באנסמבל נראות זהות, אז מזג האוויר צפוי להיות רגיל. אם יש תחזיות שנראות שונה להפליא, אז מזג האוויר צפוי להשתנות.

קרא גם: מה זה טרדיגרדה? מדוע הגעת לירח?

למרבה הצער, הכאוס עדיין קיים, מטאורולוגים לעולם אינם יכולים לחזות את מזג האוויר בוודאות מוחלטת. בין אם יהיו סופות, מערבולות, גשם קיצוני, זה תמיד יביא אסון באזהרה קטנה.

תוהו ובוהו, אי סדר כטבע היקום

לשינויים קטנים בכל אחד מהמשתנים בחישוב מורכב זה יכולה להיות השפעה רבה על מזג האוויר העתידי. אדואן לורנץ, מטאורולוג מ- MIT, מכנה זאת אפקט הפרפר.

פשוט מתואר ככה, התנפנפות כנפי הפרפר באמצע יער אסייתי עלולה לגרום לגשם כבד בעיר ניו יורק.

הוא ידוע כאבי תורת הכאוס, עיקרון מדעי המתאר מערכות סופר מורכבות, כמו מערכות מזג אוויר, בהן שינויים קטנים בתנאים הראשוניים יכולים לשנות באופן דרסטי את התוצאה הסופית.

בגלל הכאוס או חוסר הסדירות הזה, יש גבול מתי תחזיות מזג האוויר נחשבות מדויקות. לורנץ קבע את הגבול הזה תוך שבועיים.

יתר על כן, המשוואות המספריות המשמשות לדמות האטמוספירה נתונות גם לתוהו ובוהו, עם שגיאות קטנות שניתן להכפיל.

מזג האוויר באזורי קו רוחב מושפע רבות מתנועת המפגש של מסות אוויר שונות המושפעות ממערכות לחץ נמוך. קל יחסית לחזות את תנועת המוני האוויר מכיוון שהיא נעה בהדרגה.

בינתיים, באזורים טרופיים כגון העולם, מקבלים אנרגיה רבה מהשמש מה שהופך את פעילות הסעה לכאוטית יותר כך שקשה יותר לחזות אותה.

כאוס בטבע פירושו שכל עוד נמשיך להניח הנחות לגבי תהליכים באטמוספירה, תמיד יהיה פוטנציאל של מודלים לטעות.

כיצד ניתן לחזות את מזג האוויר בעתיד?

נדרשים נתונים ברזולוציה גבוהה הן מרחבית והן בזמן. זה צריך יותר, מיליוני תחנות תצפית מזג אוויר במקומות שונים.

למרבה המזל עם ההתקדמות הטכנולוגית של ימינו, תחנות תצפית מזג אוויר יכולות להיות קטנות יותר וניידות יותר. תחנת תצפית מזג אוויר זו תהיה ככל הנראה בבית של כולם, או ברכב אפילו בסמארטפון.

ככל שנאספים יותר ויותר נתונים, יש צורך במחשבי-על מתקדמים ומהירים יותר.

שום דבר לא מועיל יותר מאשר המוכנות שלנו למזג האוויר. כמו שנאמר, שמרו על מטריה לפני הגשם.

התייחסות

  • מדוע תחזית מזג האוויר תמיד תהיה קצת שגויה
  • מדוע מדען לא יכול לחזות מזג אוויר

הודעות האחרונות