Vremenska prognoza nikada neće biti 100% točna za ovaj znanstveni razlog

Znanost o vremenskim prognozama pada na javni uvid svakog dana. Kada je prognoza točna, rijetko komentiramo, ali se često brzo žalimo kada je prognoza pogrešna. Možemo li ikada postići savršenu prognozu koja je točno u sat?

Postoji mnogo koraka u pripremi vremenske prognoze. Svoj život započinje kao globalni “snimak” atmosfere u određenom vremenu, mapiran na trodimenzionalnu mrežu točaka koje se protežu cijelom globusom i protežu se od površine do stratosfere (a ponekad i više).

Koristeći superračunalo i sofisticirani model koji opisuje ponašanje atmosfere s jednadžbama fizike, ova snimka se zatim ističe u vremenu, proizvodeći mnogo terabajta sirovih podataka o prognozi. Ljudskim prognostičarima onda je potrebno protumačiti podatke i pretvoriti ih u smislenu prognozu koja se emitira u javnosti.

Bilo u vremenu

Predviđanje vremena je veliki izazov. Za početak, pokušavamo predvidjeti nešto što je inherentno nepredvidljivo. Atmosfera je kaotični sustav - mala promjena stanja atmosfere na jednom mjestu može imati značajne posljedice tijekom vremena na drugim mjestima, što je jedan znanstvenik analogirao kao tzv. Efekt leptira.

Svaka pogreška koja se razvija u prognozi ubrzano će rasti i uzrokovati daljnje pogreške u većem opsegu. Budući da prilikom modeliranja atmosfere moramo napraviti mnoge pretpostavke, postaje jasno kako se lako mogu prognozirati pogreške. Za savršenu prognozu trebamo ukloniti svaku pogrešku.

Vještina predviđanja se poboljšava. Moderne prognoze su sigurno mnogo pouzdanije nego prije superračunala. Najranije objavljene prognoze u Velikoj Britaniji datiraju iz 1861. godine, kada je časnik Kraljevske mornarice i oštar meteorolog Robert Fitzroy počeo objavljivati ​​prognoze u The Timesu.

Njegove metode uključivale su crtanje vremenskih karata pomoću opažanja s malog broja lokacija i predviđanja temeljenih na tome kako se vrijeme razvijalo u prošlosti kada su karte bile slične. Ali njegove su prognoze često bile pogrešne, a tisak je obično brzo kritizirao.

Veliki napredak napravljen je kada su superračunala uvedena u zajednicu prognoziranja 1950-ih. Prvi računalni model bio je mnogo jednostavniji od današnjih, predviđajući samo jednu varijablu na mreži s razmakom od preko 750 km.

Taj je rad otvorio put za moderno prognoziranje, čija se načela još uvijek temelje na istom pristupu i istoj matematici, iako su danas modeli mnogo složeniji i predviđaju još mnogo varijabli.

Danas se vremenska prognoza obično sastoji od više različitih vremenskih modela. Operativni meteorološki centri obično imaju globalni model s razmakom od oko 10 km, čiji se izlaz prosljeđuje modelu veće razlučivosti koji pokreće lokalno područje.

Da bi se dobila predodžba o neizvjesnosti u prognozi, mnogi meteorološki centri pokreću i brojne paralelne prognoze, svaka s malim promjenama na početnoj snimci. Ove male promjene rastu tijekom prognoze i daju prognozerima procjenu vjerojatnosti da se nešto dogodi - na primjer, postotak šanse da padne kiša.

Budućnost predviđanja

Starost superračunala bila je ključna u razvoju znanosti o vremenskim prognozama (i doista predviđanju klime). Moderni superračunali su sposobni izvesti tisuće trilijuna izračuna u sekundi, a mogu pohranjivati ​​i obrađivati ​​petabajtove podataka. Superračunalo Cray u britanskom Met Officeu ima procesorsku snagu i pohranu podataka oko milijun pametnih telefona Samsung Galaxy S9.

To znači da imamo procesorsku snagu za pokretanje naših modela na visokoj razlučivosti i uključiti više varijabli u naše prognoze. To također znači da možemo obraditi više ulaznih podataka kada generiramo početni "snimak", stvarajući točniju sliku atmosfere za početak prognoze.

Taj je napredak doveo do povećanja vještina predviđanja. Uredna kvantifikacija toga prikazana je u a Priroda Petra Bauera, Alana Thorpea i Gilberta Bruneta iz 2015. godine opisuju napredak u prognoziranju vremena kao "tihu revoluciju".

Oni pokazuju da je točnost petodnevne prognoze danas usporediva s onom trodnevne prognoze od prije 20 godina, te da svako desetljeće dobivamo oko jednog dana vrijedne vještine. U suštini, današnje trodnevne prognoze jednako su precizne kao i dvodnevna prognoza od prije deset godina.

No, može li se to povećanje vještina nastaviti iu budućnosti? To djelomično ovisi o napretku koji možemo ostvariti sa superračunalskom tehnologijom. Brži superračunali znače da naše modele možemo pokrenuti u većoj razlučivosti i predstavljati još više atmosferskih procesa, teoretski dovodeći do daljnjeg poboljšanja vještina predviđanja.

Prema Mooreovom zakonu, naša se računalna snaga udvostručuje svake dvije godine od 1970-ih. Međutim, to se u zadnje vrijeme usporava, pa će možda biti potrebni drugi pristupi kako bi se ostvario budući napredak, kao što je povećanje učinkovitosti računanja naših modela.

Hoćemo li ikada moći predvidjeti vrijeme sa 100-postotnom točnošću? Ukratko, ne. Postoje 2 × 10⁴⁴ (200,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000) molekula u atmosferi u nasumičnom kretanju - pokušavajući ih predstaviti sve bi bilo nedokučivo. Kaotična priroda vremenskih uvjeta znači da sve dok moramo donositi pretpostavke o procesima u atmosferi, uvijek postoji mogućnost da model razvije greške.

Napredak u modeliranju vremenskih prilika može poboljšati ove statističke prikaze i omogućiti realističnije pretpostavke, a brže superračunala mogu nam omogućiti da dodamo više detalja ili razlučivost našim vremenskim modelima, ali u središtu prognoze je model koji će uvijek zahtijevati neke pretpostavke.

Međutim, sve dok postoji istraživanje o poboljšanju tih pretpostavki, budućnost vremenske prognoze izgleda sjajno. Međutim, ostaje da se vidi koliko blizu možemo doći do savršene prognoze.

Ovaj članak je izvorno objavljen na konverzaciji Jon Shonka. Pročitajte izvorni članak ovdje.