Prognozele meteorologice nu vor fi niciodată 100% precise pentru acest motiv științific

Știința privind prognoza meteorologică intră în atenția publicului în fiecare zi. Atunci când prognoza este corectă, rar comentez, dar suntem adesea repede să ne plângem atunci când prognoza nu este corectă. S-ar putea să realizăm o prognoză perfectă care să fie exactă la oră?

Există numeroși pași implicați în pregătirea unei previziuni meteorologice. Începe viața sa ca o "instantanee" globală a atmosferei la un moment dat, cartografiată pe o rețea tridimensională de puncte care acoperă întregul glob și se întind de la suprafață la stratosferă (și uneori mai mare).

Folosind un supercomputer și un model sofisticat care descrie comportamentul atmosferei cu ecuațiile fizicii, acest instantaneu este apoi pasit înainte în timp, producând multe terabiți de date de prognoză brute. Apoi, oamenii de prognoză au sarcina de a interpreta datele și de ao transforma într-o prognoză semnificativă care este difuzată publicului.

Fie că este vorba de vreme

Prognoza meteo este o provocare uriașă. Pentru început, încercăm să anticipăm ceva care este în mod inerent imprevizibil. Atmosfera este un sistem haotic - o mică schimbare a stării atmosferei într-o locație poate avea consecințe remarcabile în timp în altă parte, care a fost analogizată de un om de știință ca efectul fluturelui.

Orice eroare care se dezvoltă într-o prognoză va crește rapid și va genera alte erori la o scară mai mare. Și din moment ce trebuie să facem multe ipoteze atunci când modelăm atmosfera, devine clar cât de ușor se pot dezvolta erorile prognozate. Pentru o prognoză perfectă, ar trebui să eliminăm fiecare eroare.

Aptitudinile de prognoză s-au îmbunătățit. Prognozele moderne sunt cu siguranță mult mai fiabile decât au fost înainte de epoca supercomputerelor. Cele mai vechi prognoze publicate în Marea Britanie datează din 1861, când ofițerul Royal Navy și meteorologul Robert Fitzroy au început să publice prognoze în The Times.

Metodele sale au implicat desenarea graficelor meteorologice folosind observații dintr-un număr mic de locații și realizarea de previziuni bazate pe modul în care vremea a evoluat în trecut, când diagramele erau similare. Dar prognozele sale erau adesea greșite, iar presa era de obicei rapidă să critice.

Un mare salt înainte a fost făcut atunci când supercomputerele au fost introduse în comunitatea de prognoză în anii 1950. Primul model de computer a fost mult mai simplu decât cel de astăzi, prezicând doar o variabilă pe o rețea cu o distanță de peste 750 km.

Această lucrare a pregătit calea prognozării moderne, ale cărei principii se bazează încă pe aceeași abordare și aceeași matematică, deși modelele de astăzi sunt mult mai complexe și prevăd multe alte variabile.

În zilele noastre, o prognoză meteo constă în mod obișnuit din mai multe runde ale unui model de vreme. Centrele climatice operaționale rulează în mod obișnuit un model global, cu un spațiu de rețea de aproximativ 10 km, a cărui ieșire este transmisă unui model cu rezoluție mai mare care rulează pe o zonă locală.

Pentru a obține o idee despre incertitudinea din prognoză, multe centre meteorologice rulează și o serie de previziuni paralele, fiecare dintre acestea făcând mici modificări în imaginea inițială. Aceste mici modificări cresc în timpul previziunilor și dau predictorilor o estimare a probabilității ca ceva să se întâmple - de exemplu, șansele procentuale de ploaie.

Viitorul prognozării

Vârsta supercomputerelor a fost crucială pentru a permite dezvoltării științei prognozării meteorologice (și, într-adevăr, a predicției climatice). Supracomputerele moderne sunt capabile să efectueze mii de miliarde de calcule pe secundă și pot stoca și procesa câțiva kilograme de date. Supercomputerul Cray de la Met Office din Marea Britanie are puterea de procesare și stocarea datelor de aproximativ un milion de smartphone-uri Samsung Galaxy S9.

Aceasta înseamnă că avem puterea de procesare pentru a rula modelele noastre la rezoluții ridicate și include variabile multiple în previziunile noastre. De asemenea, înseamnă că putem procesa mai multe date de intrare atunci când generăm "instantaneu" inițial, creând o imagine mai precisă a atmosferei pentru a începe prognoza.

Acest progres a dus la o creștere a abilităților de prognoză. O cuantificare clară a acestui lucru a fost prezentată într - un Natură studiu din 2015 de Peter Bauer, Alan Thorpe și Gilbert Brunet, care descriu progresul prognozelor meteorologice ca o "revoluție liniștită".

Acestea arată că precizia unei previziuni de cinci zile în prezent este comparabilă cu cea a unei previziuni de trei zile de acum 20 de ani și că, în fiecare deceniu, câștigăm o deprindere de o zi. În esență, previziunile de astăzi de trei zile sunt la fel de precizate ca cele două zile de previziune de acum zece ani.

Dar este probabil ca această creștere a abilităților să continue în viitor? Acest lucru depinde parțial de progresul pe care îl putem realiza cu ajutorul tehnologiei supercomputerelor. Supercomputerele superioare înseamnă că putem să executăm modelele noastre la o rezoluție mai ridicată și să reprezentăm procese și mai atmosferice, ceea ce duce, teoretic, la o îmbunătățire ulterioară a abilităților de prognoză.

Conform legii lui Moore, puterea noastră de calcul sa dublat la fiecare doi ani din anii '70. Cu toate acestea, acest lucru a încetinit recent, astfel încât ar putea fi necesare alte abordări pentru a face progrese viitoare, cum ar fi creșterea eficienței computaționale a modelelor noastre.

Deci, vom putea vreodată să previzionăm vremea cu o precizie de 100%? Pe scurt, nu. Există molecule de 2 × 10⁴ (200.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000) în atmosferă în mișcare aleatorie - încercarea de a le reprezenta pe toate ar fi imposibilă. Natura haotică a vremii înseamnă că atâta timp cât trebuie să facem presupuneri despre procesele din atmosferă, există întotdeauna potențialul unui model de a dezvolta erori.

Progresul în modelarea condițiilor meteo poate îmbunătăți aceste reprezentări statistice și ne va permite să facem ipoteze mai realiste, iar supercomputerele mai rapide ne vor permite să adăugăm mai multe detalii sau rezoluții modelelor noastre meteorologice, dar, în centrul previziunilor este un model care va necesita întotdeauna ipoteze.

Cu toate acestea, atâta timp cât există cercetări în ceea ce privește îmbunătățirea acestor ipoteze, viitorul previziunilor meteorologice pare luminos. Cât de aproape putem ajunge la prognoza perfectă, totuși, rămâne să fim văzuți.

Acest articol a fost inițial publicat în The Conversation de Jon Shonk. Citiți articolul original aici.