Kā rodas laikapstākļi un cik precīzi tos varat paredzēt?

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Sinoptiķi sola saulainu dienu, bet aiz loga – puteni. Prognožu neprecizitātes ir saistītas gan ar strauji mainīgiem vides apstākļiem, gan globālām klimata pārmaiņām. Neskatoties uz to, mūsdienu meteorologi ir veikuši izrāvienu prognozēšanā, šodien tam tiek izmantoti matemātiskie algoritmi, tiek radītas jaunas metodes un rīki pašreizējo laika apstākļu izpētei.

Tas, kā mūsdienās tiek pētītas dabas parādības un vai ir iespējams veikt perfekti precīzas prognozes nākotnē, bija viegli pieejams amerikāņu populārzinātniskajā žurnālā Discover. T&P rakstu pielāgoja un iztulkoja.

Kā rodas laika apstākļi

Zemes atmosfēras slānis galvenokārt sastāv no slāpekļa, skābekļa un ūdens tvaikiem. Šis gaiss uzvedas kā šķidrums un, plūstot no vienas vietas uz otru, maina temperatūru, mitrumu un citas īpašības. Laikapstākļi ir atmosfēras blakusprodukts, kas pārnes siltumu no vienas vietas uz otru.

Vēsāks gaiss ir blīvs un nespēj noturēt daudz mitruma; siltāks gaiss ir mazāk blīvs un var saturēt vairāk ūdens. Saduroties dažādas temperatūras un blīvuma gaisa zonām, rodas lietus, jo no atdzesētā siltā gaisa veidojas ūdens. Var būt arī citi nokrišņi. Siltajam, mitrajam gaisam paceļoties uz augšu, tas atdziest un ūdens kondensējas uz gaisā suspendētajām daļiņām. Augošie pilieni kļūst smagāki un pēc tam nokrīt uz Zemes.

Viesuļvētra veidojas, kad jūras ūdens sasilst virs 27 ℃ un strauji iztvaiko, un gaiss virs okeāna kļūst silts un paceļas. Tās vietā nāk auksta gaisa straumes, kas arī uzsilst un paceļas. Šīs kustības rada spēcīgu vēju, veidojas viesuļvētra.

Kā dabas parādības tika pētītas agrāk

Zinātniskie laikapstākļu novērojumi sākās renesansē, kad tika izgudroti barometri un termometri. Senie Eiropas zinātnieki, piemēram, Galileo, izmantoja šos rīkus, lai izskaidrotu laikapstākļu parādības.

Taču agrīnās prognozes bija ierobežotas un balstījās tikai uz pieņēmumu, ka pagātne noteiks turpmāko uzvedību.

"Ja šodien Kanzasā un nākamajā dienā Misūri štatā ir vētra, varat teikt, ka nākamajā dienā tā ieradīsies Ilinoisā," skaidro Bobs Hensons, meteorologs un Weather Underground autors.

Šī metode darbojas nemainīgos apstākļos – kad vētra pamazām virzās uz priekšu vai kad vietējais klimats katru dienu īpaši nemainās (piemēram, Dienvidkalifornijā).

Taču šī vienkāršā metode neņem vērā mainīgos apstākļus: piemēram, vētras ātri veidojas konvekcijas dēļ (gaisa apjomu pārvietošanās no viena augstuma uz otru, pateicoties Arhimēda spēkam. – Red.). Par laimi, mūsdienu pasaulē ir jauni laikapstākļu prognozēšanas veidi. Prognozes netaisa cilvēki, kas skatās kartes un vakardienas maksimumus un kritumus, tās veido mašīnas.

Jaunākās laika prognozes

Meteorologi izmanto skaitlisko laika prognozi, ievadot datus par pašreizējiem laikapstākļiem. Pēc tam tie tiek apstrādāti datormodelī. Jo atbilstošāka un precīzāka informācija tiks ievadīta, jo precīzāka būs prognoze. Lai iegūtu šos datus, tiek izmantoti tādi instrumenti kā laikapstākļu balons, lidmašīnas, satelīti un okeāna bojas.

Laikapstākļu modeļi sadala reģionu, štatu vai pat visu zemeslodi šūnās. To lielums ietekmē prognozes precizitāti. Lielos taisnstūros ir grūtāk saskatīt, kas notiek mazos apgabalos, taču tie sniedz vispārēju priekšstatu par laika tendencēm laika gaitā. Šī vispārīgā prognoze ir nepieciešama, piemēram, lai noteiktu vētras kustību.

Mazas šūnas ar augstāku izšķirtspēju ļauj prognozēt īsākā laika periodā - vienu līdz divas dienas - un aptver tikai noteiktu apgabalu. Daži modeļi var koncentrēties uz konkrētiem datiem, piemēram, vēja ātrumu, temperatūru un mitrumu. Tāpēc divi datoru modeļi var dot nedaudz atšķirīgus rezultātus pat ar pilnīgi vienādiem sākotnējiem novērojumiem.

Vai ir iespējamas ideālas prognozes?

"Datormodeļi ir pietiekami ikdienas laika prognozēm, tāpēc meteorologi šeit neko daudz nepievienos," saka Šūmahers, Kolorādo štata universitātes atmosfēras zinātņu docents. – Bet tas nenozīmē, ka cilvēki nemaz nav vajadzīgi. Prognozētājs var atpazīt neprecizitātes datorsistēmas reproducētajos datos.

Nokrišņus ir daudz grūtāk paredzēt nekā temperatūru, saka Mets Kölšs, Bolderas Universitātes Atmosfēras pētniecības korporācijas hidrometeorologs.

“Temperatūra ir nepārtraukts lauks, tā ir visur. Nokrišņi ir periodisks lauks, vietām var līt vai snigt, bet citviet nebūs vispār."

Apgabala ainavas iezīmes, piemēram, pakalni, piekrastes līnijas, ietekmē nokrišņus, un datormodeļi ne vienmēr to ņem vērā. Kölsch saka, ka meteorologs ir nepieciešams, lai prognozētu 24 līdz 36 stundas. Lielas ietekmes situāciju, piemēram, viesuļvētru, viesuļvētru un plūdu, prognozēšana ir grūtāka, un tam ir nepieciešami gan cilvēkresursi, gan datorsistēmas.

Kopš pagājušā gadsimta piecdesmitajiem gadiem ātrie datori ir kļuvuši arvien precīzāki pareģojumi. Saskaņā ar Nacionālās okeānu un atmosfēras administrācijas datiem šodienas piecu dienu prognoze ir precīza aptuveni 90% gadījumu.

7 dienu prognoze izrādās pareiza 80% gadījumu, bet 10 dienu prognoze 50% gadījumu

Mūsdienās piecu dienu viesuļvētras prognoze ir ticamāka nekā četru dienu prognoze 2000. gadu sākumā un trīs dienu prognoze 90. gados. Un 2015. gada Dabas dokumentā tika atklāts, ka prognozes trīs līdz desmit dienām uzlabojās par aptuveni vienu dienu desmit gadu laikā, kas nozīmē, ka pašreizējā sešu dienu prognoze ir tikpat precīza kā piecu dienu prognoze pirms 10 gadiem.

Diemžēl lielas klimata pārmaiņas apgrūtina prognozēšanas procesu. Ir joks, ka Honkongā plīvojošs tauriņš var mainīt laikapstākļus Ņujorkā. Šo ideju 1972. gadā izvirzīja matemātiķis un meteorologs Edvards Lorencs. “Tauriņa efekts” ir tāds, ka nelielām izmaiņām var būt milzīga ietekme uz visas sistēmas attīstību.

Praksē tas nozīmē, ka viens datora modelis, palaist vairāk nekā vienu reizi, pat ar mazākajām pašreizējo apstākļu atšķirībām var sniegt dažādas prognozes. Šī iemesla dēļ iespējamais prognozēšanas ierobežojums ir aptuveni 14 dienas, saka Bobs Hensons.

"Lorencs būtībā teica, ka nav iespējams paredzēt laikapstākļus ilgāk par divām nedēļām, jo šie mazie tauriņa spārni un neskaitāmi citi sīkumi novedīs pie lielām izmaiņām," saka Hensons.

Meteorologs Džads ir pārliecināts, ka cilvēce nekad nevar paredzēt pērkona negaisu vairāk kā pāris stundas iepriekš, lai arī cik labi ir novērojumi.

"Viesuļvētrām un vētrām, kas ir daudz spēcīgākas (un tāpēc ir vieglāk atklātas iepriekš), periods var būt divas līdz trīs nedēļas," viņš saka.

Veicot prognozes, meteorologi ņem vērā neskaidrības, vairākas reizes izmantojot matemātisko modeli. Tajā pašā laikā tas dos nedaudz atšķirīgu rezultātu, taču lielākā daļa no tiem būs līdzīgi. Visbiežākās būs gala rezultāts.