В то время как такие ученые, как Эйнштейн, Ньютон, Максвелл и другие, смогли создать теоретическую физику, которая могла предсказывать реальные события с точностью и точностью, в то время как ученые-метеорологи (эксперты по погоде и атмосфере) столкнулись с другой реальностью.
Предсказания метеорологов о погоде часто противоречат реальным событиям.
Люди смогли точно предсказать положение планет, лун, комет на сотни лет в будущем, но все еще не могут точно предсказать, какой будет погода в один прекрасный день в будущем? Идет дождь? Какая температура?
Метеорология быстро развивалась
Наука о погоде или метеорология начала развиваться столетие назад, когда математик Льюис Фрай Ричардсон считал вручную в течение 6 недель, чтобы предсказать погоду на следующие 6 часов.
Прогноз погоды зависит от прогресса компьютера. Для метеорологов это огромное достижение. Для нас, широкой публики, это не имеет значения.
Прогноз погоды претерпел значительные изменения, по крайней мере, за последние 20 лет.
3-дневный прогноз погоды, сделанный сегодня, лучше, чем однодневный прогноз погоды, который они сделали 20 лет назад.
Сегодня ученые-метеорологи не могут работать без численных прогнозов, которые используют математические уравнения для предсказания погоды.
Для расчета этого математического уравнения требуется сложный компьютер и много данных о физических параметрах, доступных на суше, на море и в воздухе.
В атмосфере есть 2 × 10⁴⁴ (20000000000000000000000000000000000000000000000) молекул, которые движутся беспорядочно, и мы очень тяжело пытаемся вычислить движения всех этих молекул.
Миллионы данных, которые необходимо собрать и обработать
Краткосрочные прогнозы зависят от температуры, облаков, осадков, ветра и атмосферного давления. Долгосрочные прогнозы, добавление температуры земли и моря, океанских течений, загрязнения воздуха и многих других.
Предсказание погоды на завтрашнее утро требует больших усилий. BMKG ежедневно собирает миллионы данных наблюдений, полученных с местных станций, а также с метеозондов и спутников.
Также прочтите: Зачем изучать математику? Не покупайте сиомай с помощью логарифмов, верно?Одна метеостанция не может собрать столько информации. Он использует большую сеть метеостанций, которые с течением времени собирают данные в разных местах.
Некоторые станции расположены на суше и состоят, по крайней мере, из анемометра для измерения скорости и направления ветра, резервуара для воды для измерения количества осадков, гидротермометра для измерения температуры и влажности.
Несколько других станций плавают в океане, в буй установлена аппаратура наблюдения. А еще есть движущиеся станции, на самолетах и кораблях установлена аппаратура наблюдения. Плюс метеорологические спутники и радиозонды для получения данных о верхних слоях атмосферы.
Все данные о физических параметрах со всех этих станций генерируют более 1 миллиона данных каждый день.
Ваш ноутбук или компьютер не сможет хранить эти данные, не говоря уже об их обработке. Но у метеорологов есть суперкомпьютеры, мощные двигатели, способные вычислять миллионы данных в секунду.
Суперкомпьютер для предсказания погоды
В Соединенных Штатах есть суперкомпьютеры, эксплуатируемые Национальными центрами экологического прогнозирования (NCEP). В суперкомпьютерах работает более 10 000 процессоров, работающих с 2,6 петабайтами данных.
Там наблюдаемые данные вводятся в мозг суперкомпьютера, который использует сложные уравнения математического моделирования, чтобы предсказать, как погодные условия меняются с течением времени. Результаты этого предсказания суперкомпьютера затем транслируются или распространяются среди населения через телевидение, Интернет-страницы, приложения и другие.
Не думайте, что этот суперкомпьютер не может ошибаться, даже с такими передовыми технологиями, этот суперкомпьютер не вполне способен справиться с большой проблемой предсказания погоды.
Крупномасштабные погодные явления, на каждое из которых влияет множество различных переменных. Например, подумайте, как солнечное излучение нагревает поверхность Земли, как разница в давлении воздуха будет приводить в движение ветры и как изменения фазы воды, таяния и испарения будут влиять на поток энергии.
В настоящее время метеорологи используют технологии и методы, которые постоянно обновляются, чтобы справиться с хаосом, например, прогнозирование с использованием ансамбля, которое основано на нескольких прогнозах, причем каждый прогноз использует переменную отправную точку.
Если все прогнозы в ансамбле выглядят одинаково, то прогноз погоды обычно будет нормальным. Если есть прогнозы, которые выглядят совершенно иначе, значит, погода будет меняться.
Также читайте: Что такое тихоходка? Почему вы попали на Луну?К сожалению, хаос все еще существует, метеорологи никогда не могут предсказать погоду с абсолютной уверенностью. Будет ли шторм, торнадо или сильный дождь, он всегда будет приносить бедствие с небольшим предупреждением.
Хаос, беспорядок как природа Вселенной
Небольшие изменения одной из переменных в этом сложном расчете могут иметь большое влияние на погоду в будущем. Эдван Лоренц, метеоролог из Массачусетского технологического института, называет это эффектом бабочки.
Проще говоря, взмах крыльев бабочки посреди азиатского леса может вызвать сильный дождь в Нью-Йорке.
Он известен как отец теории хаоса, научного принципа, который описывает сверхсложные системы, такие как погодные системы, в которых небольшие изменения начальных условий могут кардинально изменить конечный результат.
Из-за этого хаоса или неравномерности существует предел, когда прогнозы погоды считаются точными. Лоренц установил этот предел в две недели.
Кроме того, числовые уравнения, используемые для моделирования атмосферы, также подвержены хаосу с небольшими ошибками, которые можно умножить.
Погода в высокоширотных районах сильно зависит от встречного движения различных воздушных масс, на которые влияют системы низкого давления. Движение воздушных масс относительно легко предсказать, потому что оно движется постепенно.
Между тем, в тропических регионах, таких как Мир, Солнце получает много энергии, что делает конвекционную активность более хаотичной, поэтому ее труднее предсказать.
Хаос в природе означает, что до тех пор, пока мы продолжаем делать предположения о процессах в атмосфере, модели всегда будут ошибаться.
Как можно прогнозировать погоду в будущем?
Данные с высоким разрешением требуются как в пространстве, так и во времени. Требуется больше, миллионы станций наблюдения за погодой в разных местах.
К счастью, с современными технологиями метеостанции могут быть меньше по размеру и более мобильны. Эта метеорологическая станция наверняка будет у каждого в доме, а может и в автомобиле, даже на смартфоне.
По мере сбора все большего количества данных необходимы более совершенные и быстрые суперкомпьютеры.
Нет ничего более полезного, чем наша собственная подготовка к погоде. Как говорится, держите зонт до дождя.
Справка
- Почему прогноз погоды всегда будет немного неверным
- Почему ученые не могут предсказать погоду