Как възниква времето и колко точно можете да го предвидите?

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

Синоптиците обещават слънчев ден, а извън прозореца - виелица. Неточностите в прогнозите са свързани както с бързо променящите се условия на околната среда, така и с глобалните климатични трансформации. Въпреки това съвременните метеоролози направиха пробив в прогнозирането, днес за това се използват математически алгоритми, създават се нови методи и инструменти за изследване на текущите метеорологични условия.

Как се изучават природните явления днес и дали е възможно да се правят напълно точни прогнози в бъдеще, беше лесно достъпно в американското научно-популярно списание Discover. T&P адаптира статията и я преведе.

Как възниква времето

Атмосферният слой на Земята се състои предимно от азот, кислород и водна пара. Този въздух се държи като течност и, преминавайки от едно място на друго, променя температурата, влажността и други характеристики. Времето е страничен продукт на атмосферата, която пренася топлина от едно място на друго.

По-хладният въздух е плътен и не може да задържи много влага; по-топлият въздух е по-малко плътен и може да задържи повече вода. Когато се сблъскат области от въздух с различна температура и плътност, възниква дъжд, тъй като от охладения топъл въздух се образува вода. Могат да възникнат други валежи. Тъй като топлият, влажен въздух се издига нагоре, той се охлажда и водата кондензира върху частици, суспендирани във въздуха. Издигащите се капчици стават по-тежки и впоследствие падат на Земята.

Ураганът се образува, когато морската вода се нагрява над 27 ℃ и се изпарява бързо, а въздухът над океана става топъл и се издига. На негово място идват потоци студен въздух, които също се нагряват и се издигат. Тези движения създават силни ветрове, образува се ураган.

Как се изучаваха природните явления преди

Научните метеорологични наблюдения започват през Ренесанса, когато са изобретени барометрите и термометрите. Древни европейски учени като Галилей са използвали тези инструменти, за да обяснят метеорологичните явления.

Но ранните прогнози бяха ограничени и се основаваха само на предположението, че миналото ще определи бъдещото поведение.

„Ако има буря днес в Канзас и на следващия ден в Мисури, можете да кажете, че ще дойде в Илинойс на следващия ден“, обяснява Боб Хенсън, метеоролог и автор на Weather Underground.

Този метод работи при постоянни условия - когато бурята се движи постепенно или когато местният климат не се променя много от ден на ден (например в Южна Калифорния).

Този прост метод обаче не отчита променящите се условия: например бурите се образуват бързо поради конвекция (преместване на въздушни обеми от една надморска височина на друга, поради архимедовата сила. - Ед.). За щастие има нови начини за прогнозиране на времето в днешния свят. Прогнозите не се правят от хора, които гледат картите и вчерашните върхове и спадове, те се правят от машини.

Актуални прогнози за времето

Метеоролозите използват цифрова прогноза за времето, като въвеждат данни за текущите метеорологични условия. След това те се обработват в компютърен модел. Колкото по-подходяща и точна информация е въведена, толкова по-точна ще бъде прогнозата. За получаване на тези данни се използват инструменти като метеорологичен балон, самолети, спътници и океански шамандури.

Моделите на времето разделят регион, щат или дори цялото земно кълбо на клетки. Техният размер влияе върху точността на прогнозата. Големите правоъгълници са по-трудни за виждане какво се случва в малки райони, но те предоставят цялостна картина на тенденциите на времето във времето. Тази обща прогноза е необходима, например, за да се определи движението на буря.

Малките клетки с по-висока разделителна способност позволяват прогнозиране за по-кратък период от време – един до два дни – и покриват само определена област. Някои модели могат да се фокусират върху конкретни данни като скорост на вятъра, температура и влажност. Следователно, два компютърни модела могат да дадат малко по-различни резултати дори при абсолютно еднакви първоначални наблюдения.

Възможни ли са перфектни прогнози?

„Компютърните модели са достатъчни за ежедневни прогнози за времето, така че метеоролозите няма да добавят много тук“, казва Шумахер, асистент по атмосферни науки в Щатския университет в Колорадо. - Но това не означава, че хората изобщо не са необходими. Синоптикът може да разпознае неточности в данните, възпроизвеждани от компютърната система."

Валежите са много по-трудни за прогнозиране от температурата, казва Мат Кьолш, хидрометеоролог в Корпорацията за атмосферни изследвания на университета в Боулдър.

„Температурата е непрекъснато поле, тя е навсякъде. Валежите са периодично поле, на някои места може да вали дъжд или сняг, но на други изобщо няма да има."

Характеристиките на ландшафта на района, като хълмове, брегови линии, влияят на валежите и компютърните модели не винаги отчитат това. Кьолш казва, че е необходим метеоролог, за да прави прогнози за 24 до 36 часа. Прогнозирането на ситуации със силно въздействие като урагани, торнадо и наводнения е по-трудно и изисква както човешки ресурси, така и компютърни системи.

От 50-те години на миналия век бързите компютри стават все по-точни прогнози. Днешната петдневна прогноза е точна в около 90% от времето, според Националната администрация за океани и атмосфера.

7-дневната прогноза се оказва вярна в 80% от времето, а 10-дневната в 50%

Днес петдневната прогноза за ураганите е по-надеждна от четиридневната в началото на 2000-те и тридневната през 90-те години. А документ на Nature от 2015 г. установи, че прогнозите за три до десет дни са се подобрили с около ден за десетилетие, което означава, че настоящата шестдневна прогноза е толкова точна, колкото и петдневната преди 10 години.

За съжаление, големите климатични промени усложняват процеса на прогнозиране. Има една шега, че пляскане на пеперуда в Хонконг може да промени времето в Ню Йорк. Тази идея е предложена през 1972 г. от математика и метеоролог Едуард Лоренц. „Ефектът на пеперудата“е, че малките промени могат да имат огромно влияние върху развитието на цялата система.

На практика това означава, че един компютърен модел, стартиран повече от веднъж, дори и при най-малки разлики в текущите условия, може да даде различни прогнози. Поради това потенциалният лимит за прогнозиране е около 14 дни, казва Боб Хенсън.

„Лоренц каза, че е невъзможно да се предскажат метеорологичните модели за повече от две седмици, защото тези малки крила на пеперуда и безброй други малки неща ще доведат до големи промени“, казва Хенсън.

Метеорологът Джъд е убеден, че човечеството никога не може да предвиди гръмотевична буря повече от няколко часа предварително, без значение колко добри са наблюденията.

„За урагани и бури, които са много по-силни (и следователно по-лесни за откриване предварително), периодът може да бъде две до три седмици“, казва той.

Когато правят прогноза, метеоролозите отчитат несигурността, като използват математически модел няколко пъти. В същото време това ще даде малко по-различен резултат, но повечето от тях ще бъдат подобни. Най-честите ще бъдат крайният резултат.