Hogyan alakul ki az időjárás, és mennyire tudod pontosan megjósolni?

2024 Szerző: Seth Attwood | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-16 16:07

Az előrejelzők napsütéses napot ígérnek, az ablakon kívül pedig hóvihart. Az előrejelzések pontatlanságai a gyorsan változó környezeti feltételekhez és a globális éghajlati átalakuláshoz egyaránt kapcsolódnak. Ennek ellenére a modern meteorológusok áttörést értek el az előrejelzésben, ma már matematikai algoritmusokat használnak erre, új módszerek, eszközök születnek az aktuális időjárási viszonyok vizsgálatára.

Azt, hogy ma hogyan tanulmányozzák a természeti jelenségeket, és lehetséges-e tökéletesen pontos előrejelzéseket készíteni a jövőben, a Discover amerikai népszerű tudományos magazinban könnyen elérhető volt. A T&P átdolgozta a cikket és lefordította.

Hogyan alakul az időjárás

A Föld légköri rétege elsősorban nitrogénből, oxigénből és vízgőzből áll. Ez a levegő folyadékként viselkedik, és egyik helyről a másikra áramolva megváltoztatja a hőmérsékletet, a páratartalmat és egyéb jellemzőket. Az időjárás a légkör mellékterméke, amely a hőt egyik helyről a másikra szállítja.

A hűvösebb levegő sűrű és nem képes sok nedvességet megtartani; a melegebb levegő kevésbé sűrű, és több vizet tud befogadni. Különböző hőmérsékletű és sűrűségű levegőterületek ütközésekor eső következik be, mivel a lehűtött meleg levegőből víz képződik. Egyéb csapadék is előfordulhat. Ahogy a meleg, párás levegő felfelé emelkedik, lehűl, és a víz lecsapódik a levegőben lebegő részecskékre. A felszálló cseppek nehezebbé válnak, majd a Földre esnek.

A hurrikán akkor keletkezik, amikor a tengervíz 27 ℃ fölé melegszik és gyorsan elpárolog, az óceán felett pedig felmelegszik és felemelkedik a levegő. Helyére hideg levegő patakok jönnek, amelyek szintén felmelegednek és felemelkednek. Ezek a mozgások erős szelet hoznak létre, hurrikán képződik.

Hogyan tanulmányozták korábban a természeti jelenségeket

A tudományos időjárás-megfigyelések a reneszánsz korban kezdődtek, amikor feltalálták a barométereket és a hőmérőket. Az ókori európai tudósok, mint például Galilei, ezeket az eszközöket használták az időjárási jelenségek magyarázatára.

A korai előrejelzések azonban korlátozottak voltak, és csak azon a feltételezésen alapultak, hogy a múlt határozza meg a jövőbeli viselkedést.

„Ha ma vihar van Kansasben, másnap pedig Missouriban, akkor azt mondhatjuk, hogy másnap Illinoisba érkezik” – magyarázza Bob Henson meteorológus és a Weather Underground szerzője.

Ez a módszer állandó körülmények között működik - amikor a vihar fokozatosan mozog, vagy amikor a helyi éghajlat nem változik napról napra (például Dél-Kaliforniában).

Ez az egyszerű módszer azonban nem veszi figyelembe a változó körülményeket: például a konvekció (a levegőmennyiségek egyik magasságból a másikba való mozgása, az arkhimédeszi erő hatására) miatt gyorsan kialakulnak a viharok. - A szerk. Szerencsére a mai világban új módszerek léteznek az időjárás előrejelzésére. Az előrejelzéseket nem a térképeket és a tegnapi csúcsokat és mélypontokat nézegető emberek készítik, hanem gépek.

Naprakész időjárás-előrejelzések

A meteorológusok numerikus időjárás-előrejelzést használnak az aktuális időjárási viszonyokra vonatkozó adatok bevitelével. Ezután számítógépes modellben dolgozzák fel őket. Minél relevánsabb és pontosabb információt ad meg, annál pontosabb lesz az előrejelzés. Ezen adatok megszerzéséhez olyan eszközöket használnak, mint az időjárási léggömb, repülőgépek, műholdak és óceáni bóják.

Az időjárási minták egy régiót, államot vagy akár az egész földgömböt sejtekre osztanak. Méretük befolyásolja az előrejelzés pontosságát. A nagy téglalapokból nehezebb észrevenni, mi történik kis területeken, de átfogó képet adnak az idő múlásával kapcsolatos időjárási trendekről. Erre az általános előrejelzésre például egy vihar mozgásának meghatározásához van szükség.

A nagyobb felbontású kis cellák rövidebb időtartamra – egy-két napra – tesznek lehetővé előrejelzést, és csak egy meghatározott területet fednek le. Egyes modellek olyan konkrét adatokra összpontosíthatnak, mint a szélsebesség, hőmérséklet és páratartalom. Ezért két számítógépes modell egészen azonos kezdeti megfigyelések mellett is kissé eltérő eredményeket adhat.

Lehetséges-e tökéletes előrejelzés?

"A számítógépes modellek elegendőek a napi időjárás-előrejelzésekhez, így a meteorológusok nem fognak sokat hozzátenni" - mondja Schumacher, a Colorado Állami Egyetem légkörtudományi adjunktusa. - De ez nem jelenti azt, hogy az emberekre egyáltalán nincs szükség. Az előrejelző felismerheti a számítógépes rendszer által reprodukált adatok pontatlanságát."

A csapadékot sokkal nehezebb megjósolni, mint a hőmérsékletet – mondja Matt Kölsch, a boulderi Egyetem Légkörkutató Társaságának hidrometeorológusa.

„A hőmérséklet folytonos mező, mindenhol ott van. A csapadék időszakos mező, néhol lehet eső vagy hó, de máshol egyáltalán nem."

A terület táji adottságai, mint a dombok, partvonalak befolyásolják a csapadékot, a számítógépes modellek ezt nem mindig veszik figyelembe. Kölsch szerint meteorológusra van szükség ahhoz, hogy előrejelzéseket készítsen 24-36 órára. A nagy hatású helyzetek, például hurrikánok, tornádók és árvizek előrejelzése nagyobb kihívást jelent, és emberi erőforrásokat és számítógépes rendszereket is igényel.

Az 1950-es évek óta a gyors számítógépek egyre pontosabb előrejelzésekké váltak. A National Oceanic and Atmospheric Administration szerint a mai ötnapos előrejelzés az esetek 90%-ában pontos.

A 7 napos előrejelzés az esetek 80%-ában, a 10 napos pedig 50%-ban igaznak bizonyul.

Ma az ötnapos hurrikán előrejelzés megbízhatóbb, mint a 2000-es évek eleji négynapos és az 1990-es évek háromnapos előrejelzése. Egy 2015-ös Nature tanulmány pedig azt találta, hogy a három-tíz napos előrejelzések körülbelül egy nappal javultak egy évtized alatt, ami azt jelenti, hogy a jelenlegi hatnapos előrejelzés pontosan olyan pontos, mint a 10 évvel ezelőtti ötnapos előrejelzés.

Sajnos a jelentős éghajlati változások megnehezítik az előrejelzési folyamatot. Van egy vicc, miszerint egy Hongkongban csapkodó pillangó megváltoztathatja New York időjárását. Ezt az ötletet Edward Lorenz matematikus és meteorológus terjesztette elő 1972-ben. A „pillangó-effektus” az, hogy apró változtatások óriási hatással lehetnek az egész rendszer fejlődésére.

Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy egy számítógépes modell, többször futtatva, még a jelenlegi feltételek legkisebb eltérései mellett is eltérő előrejelzéseket adhat. Emiatt a lehetséges előrejelzési korlát körülbelül 14 nap, mondja Bob Henson.

"Lorenz alapvetően azt mondta, hogy lehetetlen megjósolni az időjárást két hétnél tovább, mert ezek a kis pillangószárnyak és számtalan apróság nagy változásokhoz vezet" - mondja Henson.

Judt meteorológus biztos abban, hogy az emberiség sohasem tud előre jelezni egy zivatart néhány óránál korábban, bármilyen jók is a megfigyelések.

„Azoknál a hurrikánoknál és viharoknál, amelyek sokkal erősebbek (és ezért könnyebben észlelhetők előre), az időszak két-három hét is lehet” – mondja.

Az előrejelzés elkészítésekor a meteorológusok matematikai modellek többszöri felhasználásával számolnak be a bizonytalanságokkal. Ugyanakkor kissé eltérő eredményt ad, de a legtöbb hasonló lesz. A leggyakrabban előforduló lesz a végeredmény.