Hoe ontstaan die weer en hoe akkuraat kan jy dit voorspel?

2024 Outeur: Seth Attwood | [email protected]. Laas verander: 2023-12-16 15:56

Voorspellers beloof 'n sonnige dag, en buite die venster - 'n sneeustorm. Onakkuraathede in voorspellings word geassosieer met beide vinnig veranderende omgewingstoestande en globale klimaatstransformasies. Nietemin het moderne meteoroloë 'n deurbraak in voorspelling gemaak, vandag word wiskundige algoritmes hiervoor gebruik, nuwe metodes en gereedskap word geskep om huidige weerstoestande te bestudeer.

Hoe natuurverskynsels vandag bestudeer word en of dit moontlik is om perfek akkurate voorspellings in die toekoms te maak, was geredelik beskikbaar in die Amerikaanse gewilde wetenskaplike tydskrif Discover. T&P het die artikel aangepas en vertaal.

Hoe ontstaan die weer

Die Aarde se atmosferiese laag bestaan hoofsaaklik uit stikstof, suurstof en waterdamp. Hierdie lug gedra soos 'n vloeistof en, wat van een plek na 'n ander vloei, verander temperatuur, humiditeit en ander eienskappe. Weer is 'n neweproduk van die atmosfeer, wat hitte van een plek na 'n ander vervoer.

Koeler lug is dig en kan nie veel vog hou nie; warmer lug is minder dig en kan meer water hou. Wanneer areas van lug van verskillende temperatuur en digtheid bots, vind reën plaas soos water uit die afgekoelde warm lug gevorm word. Ander neerslae kan voorkom. Soos die warm, vogtige lug opwaarts styg, koel dit af en kondenseer die water op deeltjies wat in die lug hang. Stygende druppels word swaarder en val dan na die aarde.

’n Orkaan word gevorm wanneer seewater bo 27 ℃ verhit en vinnig verdamp, en die lug oor die see word warm en styg. In die plek daarvan kom strome koue lug, wat ook verhit en styg. Hierdie bewegings skep sterk winde, 'n orkaan word gevorm.

Hoe natuurlike verskynsels voorheen bestudeer is

Wetenskaplike weerwaarnemings het in die Renaissance begin, toe barometers en termometers uitgevind is. Antieke Europese geleerdes soos Galileo het hierdie gereedskap gebruik om weerverskynsels te verduidelik.

Maar vroeë voorspellings was beperk en slegs gebaseer op die aanname dat die verlede toekomstige gedrag sou bepaal.

"As daar vandag 'n storm in Kansas is en die volgende dag in Missouri, kan jy sê dit sal die volgende dag na Illinois kom," verduidelik Bob Henson, meteoroloog en skrywer van Weather Underground.

Hierdie metode werk onder konstante toestande – wanneer die storm geleidelik beweeg of wanneer die plaaslike klimaat nie veel van dag tot dag verander nie (byvoorbeeld in Suid-Kalifornië).

Hierdie eenvoudige metode neem egter nie veranderende toestande in ag nie: storms word byvoorbeeld vinnig gevorm as gevolg van konveksie (beweging van lugvolumes van een hoogte na 'n ander, as gevolg van die Archimedese krag. - Red.). Gelukkig is daar nuwe maniere om die weer in vandag se wêreld te voorspel. Voorspellings word nie gemaak deur mense wat na die kaarte kyk nie en gister se hoogtepunte en laagtepunte, dit word deur masjiene gemaak.

Op datum weervoorspellings

Meteoroloë gebruik numeriese weervoorspelling deur data oor huidige weerstoestande in te voer. Dan word hulle in 'n rekenaarmodel verwerk. Hoe meer relevante en akkurate inligting ingevoer word, hoe meer akkuraat sal die voorspelling wees. Om hierdie data te verkry, word instrumente soos 'n weerballon, vliegtuie, satelliete en seeboeie gebruik.

Weerpatrone verdeel 'n streek, staat of selfs die hele aardbol in selle. Hul grootte beïnvloed die akkuraatheid van die voorspelling. Groot reghoeke is moeiliker om te sien wat in klein gebiede gebeur, maar hulle gee 'n algehele prentjie van weerneigings oor tyd. Hierdie algemene voorspelling is nodig om byvoorbeeld die beweging van 'n storm te bepaal.

Klein selle met hoër resolusie maak voorsiening vir voorspelling oor 'n korter tydperk - een tot twee dae - en dek net 'n spesifieke area. Sommige modelle kan fokus op spesifieke data soos windspoed, temperatuur en humiditeit. Daarom kan twee rekenaarmodelle effens verskillende resultate gee selfs met presies dieselfde aanvanklike waarnemings.

Is perfekte voorspellings moontlik?

"Rekenaarmodelle is voldoende vir dag-tot-dag weervoorspellings, so meteoroloë sal nie veel hier byvoeg nie," sê Schumacher, assistent-professor in atmosferiese wetenskappe aan die Colorado State University. - Maar dit beteken nie dat mense glad nie nodig is nie. Die voorspeller kan onakkuraathede herken in die data wat deur die rekenaarstelsel gereproduseer word."

Neerslag is baie moeiliker om te voorspel as temperatuur, sê Matt Kölsch, 'n hidrometeoroloog by die Universiteit se Atmosferiese Navorsingskorporasie in Boulder.

“Temperatuur is 'n deurlopende veld, dit is oral. Neerslag is 'n afwisselende veld, op sommige plekke kan dit reën of sneeu, maar in ander sal dit glad nie wees nie."

Die landskapkenmerke van die gebied, soos heuwels, kuslyne, beïnvloed neerslag, en rekenaarmodelle neem dit nie altyd in ag nie. Kölsch sê’n weerkundige is nodig om voorspellings vir 24 tot 36 uur te maak. Die voorspelling van hoë impak situasies soos orkane, tornado's en vloede is meer uitdagend en vereis beide menslike hulpbronne en rekenaarstelsels.

Sedert die 1950's het vinnige rekenaars meer en meer akkurate voorspellings geword. Vandag se voorspelling van vyf dae is ongeveer 90% van die tyd akkuraat, volgens die Nasionale Oseaniese en Atmosferiese Administrasie.

Die 7-dae voorspelling blyk 80% van die tyd korrek te wees, en die 10-dae voorspelling 50%

Vandag is 'n orkaanvoorspelling van vyf dae meer betroubaar as 'n vierdaagse voorspelling in die vroeë 2000's en 'n driedaagse voorspelling in die 1990's. En 'n 2015 Nature-koerant het bevind dat voorspellings vir drie tot tien dae met ongeveer 'n dag in 'n dekade verbeter het, wat beteken dat die huidige ses-dae-voorspelling so akkuraat is as die vyf-dag-voorspelling 10 jaar gelede.

Ongelukkig bemoeilik groot klimaatsveranderinge die voorspellingsproses. Daar is 'n grap dat 'n skoenlapper wat in Hong Kong klap die weer in New York kan verander. Hierdie idee is in 1972 deur die wiskundige en meteoroloog Edward Lorenz voorgehou. Die "vlinder-effek" is dat klein veranderinge 'n groot impak op die ontwikkeling van die hele stelsel kan hê.

In die praktyk beteken dit dat een rekenaarmodel, wat meer as een keer uitgevoer word, selfs met die kleinste verskille in die huidige toestande, verskillende voorspellings kan gee. As gevolg hiervan is die potensiële voorspellingslimiet ongeveer 14 dae, sê Bob Henson.

"Lorenz het basies gesê dat dit onmoontlik is om die weerpatrone vir meer as twee weke te voorspel, want hierdie klein vlindervlerkies en talle ander klein dingetjies sal tot groot veranderinge lei," sê Henson.

Meteoroloog Judt is vol vertroue dat die mensdom nooit 'n donderstorm meer as 'n paar uur vooruit kan voorspel nie, maak nie saak hoe goed die waarnemings is nie.

"Vir orkane en storms wat baie sterker is (en dus makliker om vooraf op te spoor), kan die tydperk twee tot drie weke wees," sê hy.

Wanneer’n voorspelling gemaak word, reken weerkundiges onsekerhede deur verskeie kere’n wiskundige model te gebruik. Terselfdertyd sal dit 'n effens ander resultaat gee, maar die meeste van hulle sal soortgelyk wees. Die mees algemene sal die finale resultaat wees.