Докато учени като Айнщайн, Нютон, Максуел и други са успели да създадат теоретична физика, която да е в състояние да предскаже реални събития с точност и точност, докато учените метеоролози (експерти по времето и атмосферата) са изправени пред различна действителност.
Прогнозите на метеоролозите за времето често противоречат на реалните събития.
Хората са били в състояние да предскажат точно позициите на планетите, луните, кометите в продължение на стотици години в бъдеще, но все още не са в състояние да предвидят как времето ще бъде един ден в бъдещето с точност? Вали ли? Каква е температурата?
Науката за времето се развива бързо
Науката за времето или метеорологията започнаха да се развиват преди век, когато математикът Луис Фрай Ричардсън преброяваше на ръка в продължение на 6 седмици, за да прогнозира времето за следващите 6 часа.
Прогнозата за времето зависи от напредъка на компютъра. За метеоролозите това е огромно постижение. За нас, широката публика, това всъщност няма значение.
Прогнозата за времето е претърпяла значително развитие през последните 20 години.
3-дневната прогноза за времето, направена днес, е по-добра от еднодневната прогноза за времето, която направиха преди 20 години.
Учените за времето днес не могат да работят без числени прогнози, които използват математически уравнения за прогнозиране на времето.
Изчисляването на това математическо уравнение изисква усъвършенстван компютър и много данни за физически параметри, налични на сушата, морето и въздуха.
В атмосферата има 2 × 10⁴⁴ (200 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000) молекули, които се движат произволно и ние се опитваме да изчислим движенията на всички тези молекули, наистина трудно.
Милиони данни, които трябва да бъдат събрани и обработени
Краткосрочните прогнози зависят от температурата, облачността, валежите, вятъра и въздушното налягане. Дългосрочни прогнози, добавяне на температури на сушата и морето, океански течения, замърсяване на въздуха и много други.
Прогнозирането на утрешното време утре изисква много усилия. BMKG събира милиони данни за наблюдение всеки ден, взети от локални станции, както и от метеорологични балони и сателити.
Прочетете още: Защо да изучавате математика? Не купувайте Siomay, използвайки логаритми, нали?Една метеорологична станция не може да събере толкова много информация. Той използва широка мрежа от метеорологични станции, която събира данни на различни места с течение на времето.
Някои станции са разположени на сушата, които се състоят най-малко от анемометър за измерване на скоростта и посоката на вятъра, резервоар за вода за измерване на валежите, хидротермометър за измерване на температура и влажност.
Няколко други станции плуват в океана, оборудване за наблюдение е монтирано в шамандурата. И все още има движещи се станции, оборудване за наблюдение, инсталирано на самолети и кораби. Плюс метеорологични сателити и радиозонд балони за получаване на данни от горните слоеве на атмосферата.
Всички данни за физически параметри от всички тези станции генерират повече от 1 милион данни всеки ден.
Вашият лаптоп или компютър няма да може да съхранява тези данни, камо ли да ги обработва. Но метеоролозите разполагат със суперкомпютри, мощни двигатели, способни да изчисляват милиони данни в секунда.
Суперкомпютър за прогнозиране на времето
В Съединените щати има суперкомпютри, управлявани от Националните центрове за прогнозиране на околната среда (NCEP). Работейки със суперкомпютри, има повече от 10 000 процесора, работещи с 2,6 петабайта данни.
Там наблюдаваните данни се подават в суперкомпютърния мозък, който използва сложни уравнения за математическо моделиране, за да предскаже как метеорологичните условия се променят с течение на времето. След това резултатите от тази суперкомпютърна прогноза се излъчват или разпространяват сред обществеността чрез телевизия, интернет страници, приложения и други.
Не си мислете, че този суперкомпютър не може да прави грешки, дори и с толкова напреднала технология, този суперкомпютър не е съвсем способен да се справи с голямото предизвикателство да прогнозира времето.
Мащабни метеорологични явления, всеки от които се влияе от множество различни променливи. Например, помислете как слънчевата радиация ще загрява земната повърхност, как разликите във въздушното налягане ще задвижват ветровете и как промените във фазата на водата, топенето и изпарението ще повлияят на енергийния поток.
Понастоящем метеоролозите използват технологии и техники, които непрекъснато се актуализират, за да се справят с хаоса, като например прогнозиране с помощта на ансамбъл, който се основава на няколко прогнози, като всяка прогноза използва различна начална точка.
Ако всички прогнози в ансамбъла изглеждат еднакви, тогава се очаква времето да бъде нормално. Ако има прогнози, които изглеждат поразително различни, тогава се очаква времето да се променя.
Прочетете също: Какво е tardigrade? Защо стигна до Луната?За съжаление хаосът все още е налице, метеоролозите никога не могат да предскажат времето с абсолютна сигурност. Независимо дали ще има буря, торнадо или екстремен дъжд, това винаги ще донесе бедствие с малко предупреждение.
Хаос, разстройство като природа на Вселената
Малките промени в която и да е от променливите в това сложно изчисление могат да имат голямо влияние върху бъдещото време. Едуан Лоренц, метеоролог от MIT, нарича това ефектът на пеперудата.
Просто изобразено по този начин, пляскането на крилата на пеперуда в средата на азиатска гора може да предизвика силен дъжд в Ню Йорк.
Той е известен като бащата на теорията на хаоса, научен принцип, който описва супер сложни системи, като метеорологични системи, където малки промени в началните условия могат драстично да променят крайния резултат.
Поради този хаос или нередности има ограничение кога прогнозите за времето се считат за точни. Лоренц определи тази граница за две седмици.
Освен това, числените уравнения, използвани за симулиране на атмосферата, също са обект на хаос, с малки грешки, които могат да се умножат.
Времето в райони с висока географска ширина е силно повлияно от движението на срещите на различни въздушни маси, които са повлияни от системи с ниско налягане. Движението на въздушните маси е относително лесно да се предскаже, тъй като се движи постепенно.
Междувременно в тропически райони като Света те получават много енергия от слънцето, което прави конвективната дейност по-хаотична, така че е по-трудно да се предскаже.
Хаосът в природата означава, че докато продължаваме да правим предположения за процесите в атмосферата, винаги ще има потенциал моделите да допускат грешки.
Как може да се прогнозира времето в бъдеще?
Данни с висока разделителна способност се изискват както в пространството, така и във времето. Има нужда от повече, милиони станции за наблюдение на времето на различни места.
За щастие с днешния напредък в технологиите станциите за наблюдение на времето могат да бъдат по-малки и по-мобилни. Тази станция за наблюдение на времето вероятно ще бъде в къщата на всички или в превозно средство, дори на смартфон.
Тъй като се събират все повече данни, са необходими по-напреднали и по-бързи суперкомпютри.
Нищо не е по-полезно от нашата собствена готовност за времето. Както се казва, дръжте чадър преди да вали.
Справка
- Защо прогнозата за времето винаги ще бъде малко погрешна
- Защо ученият не може да предскаже времето
