آب و هوا چگونه به وجود می آید و چقدر می توانید آن را به دقت پیش بینی کنید؟

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

پیش بینی ها یک روز آفتابی را وعده می دهند، و در خارج از پنجره - یک کولاک. عدم دقت در پیش‌بینی‌ها هم با تغییرات سریع شرایط محیطی و هم با تغییرات آب و هوایی جهانی همراه است. با این وجود، هواشناسان مدرن پیشرفتی در پیش بینی داشته اند، امروزه از الگوریتم های ریاضی برای این کار استفاده می شود، روش ها و ابزارهای جدیدی برای مطالعه شرایط آب و هوایی فعلی ایجاد می شود.

اینکه امروزه پدیده‌های طبیعی چگونه مورد مطالعه قرار می‌گیرند و اینکه آیا می‌توان پیش‌بینی‌های کاملاً دقیقی در آینده انجام داد، در مجله علمی محبوب آمریکایی دیسکاور به آسانی در دسترس بود. T&P مقاله را اقتباس کرده و آن را ترجمه کرده است.

هوا چگونه به وجود می آید

لایه جوی زمین عمدتاً از نیتروژن، اکسیژن و بخار آب تشکیل شده است. این هوا مانند یک مایع رفتار می کند و با جریان یافتن از مکانی به مکان دیگر، دما، رطوبت و سایر خصوصیات را تغییر می دهد. آب و هوا محصول جانبی جو است که گرما را از مکانی به مکان دیگر منتقل می کند.

هوای خنک تر متراکم است و نمی تواند رطوبت زیادی را در خود نگه دارد. هوای گرم تر چگالی کمتری دارد و می تواند آب بیشتری را در خود نگه دارد. هنگامی که مناطقی از هوا با دما و چگالی متفاوت برخورد می کنند، باران رخ می دهد زیرا آب از هوای گرم سرد شده تشکیل می شود. بارش های دیگری ممکن است رخ دهد. همانطور که هوای گرم و مرطوب به سمت بالا بالا می رود، خنک می شود و آب روی ذرات معلق در هوا متراکم می شود. قطرات در حال افزایش سنگین تر می شوند و متعاقباً به زمین می افتند.

زمانی که آب دریا بالای 27 درجه سانتیگراد گرم می شود و به سرعت تبخیر می شود و هوای بالای اقیانوس گرم می شود و بالا می رود، طوفان تشکیل می شود. به جای آن، جریان های هوای سرد می آید که آنها نیز گرم می شوند و بالا می روند. این حرکات بادهای شدید ایجاد می کند، طوفان تشکیل می شود.

چگونه پدیده های طبیعی قبلا مورد مطالعه قرار می گرفتند

مشاهدات علمی آب و هوا در دوره رنسانس، زمانی که فشارسنج ها و دماسنج ها اختراع شدند، آغاز شد. دانشمندان اروپایی باستان مانند گالیله از این ابزارها برای توضیح پدیده های آب و هوایی استفاده می کردند.

اما پیش‌بینی‌های اولیه محدود بود و فقط بر این فرض استوار بود که گذشته رفتار آینده را تعیین می‌کند.

باب هنسون، هواشناس و نویسنده Weather Underground توضیح می دهد: "اگر امروز در کانزاس و روز بعد در میسوری طوفانی رخ دهد، می توانید بگویید که روز بعد به ایلینوی خواهد آمد."

این روش در شرایط ثابت کار می کند - زمانی که طوفان به تدریج در حال حرکت است یا زمانی که آب و هوای محلی از روز به روز تغییر زیادی نمی کند (به عنوان مثال، در کالیفرنیای جنوبی).

با این حال، این روش ساده شرایط تغییر را در نظر نمی گیرد: به عنوان مثال، طوفان ها به سرعت به دلیل همرفت شکل می گیرند (حرکت حجم هوا از یک ارتفاع به ارتفاع دیگر، به دلیل نیروی ارشمیدسی. - ویرایش). خوشبختانه روش های جدیدی برای پیش بینی آب و هوا در دنیای امروزی وجود دارد. پیش بینی ها توسط افرادی انجام نمی شود که به نقشه ها و پستی و بلندی های دیروز نگاه می کنند، آنها توسط ماشین ها انجام می شود.

پیش بینی های به روز آب و هوا

هواشناسان از پیش بینی عددی آب و هوا با وارد کردن داده های مربوط به شرایط آب و هوایی فعلی استفاده می کنند. سپس در یک مدل کامپیوتری پردازش می شوند. هرچه اطلاعات مرتبط و دقیق‌تر وارد شود، پیش‌بینی دقیق‌تر خواهد بود. برای به دست آوردن این داده ها از ابزارهایی مانند بالون هواشناسی، هواپیما، ماهواره و شناورهای اقیانوس استفاده می شود.

الگوهای آب و هوا یک منطقه، ایالت یا حتی کل کره زمین را به سلول ها تقسیم می کند. اندازه آنها بر دقت پیش بینی تأثیر می گذارد.دیدن مستطیل های بزرگ سخت تر است که در مناطق کوچک چه اتفاقی می افتد، اما آنها تصویری کلی از روند آب و هوا در طول زمان ارائه می دهند. این پیش بینی کلی برای مثال برای تعیین حرکت یک طوفان ضروری است.

سلول‌های کوچک با وضوح بالاتر امکان پیش‌بینی را در یک دوره زمانی کوتاه‌تر - یک تا دو روز - فراهم می‌کنند و فقط یک منطقه خاص را پوشش می‌دهند. برخی از مدل ها ممکن است بر روی داده های خاصی مانند سرعت باد، دما و رطوبت تمرکز کنند. بنابراین، دو مدل کامپیوتری حتی با مشاهدات اولیه دقیقاً یکسان می توانند نتایج کمی متفاوت داشته باشند.

آیا پیش بینی های کامل امکان پذیر است؟

شوماخر، استادیار علوم جوی در دانشگاه ایالتی کلرادو، می‌گوید: «مدل‌های رایانه‌ای برای پیش‌بینی آب‌وهوای روزانه کافی است، بنابراین هواشناسان چیز زیادی در اینجا اضافه نمی‌کنند». - اما این به این معنا نیست که اصلاً به مردم نیاز نیست. پیش بینی کننده می تواند عدم دقت در داده های بازتولید شده توسط سیستم کامپیوتری را تشخیص دهد."

مت کولش، هیدرومتئورولوژیست در شرکت تحقیقات جوی دانشگاه در بولدر، می‌گوید پیش‌بینی بارش بسیار سخت‌تر از دما است.

«دما یک میدان پیوسته است، در همه جا وجود دارد. بارش یک میدان متناوب است، در بعضی جاها ممکن است باران یا برف ببارد، اما در بعضی جاها اصلاً نخواهد بود.»

ویژگی‌های چشم‌انداز منطقه، مانند تپه‌ها، خطوط ساحلی، بر بارش تأثیر می‌گذارند و مدل‌های رایانه‌ای همیشه این را در نظر نمی‌گیرند. کولش می گوید که برای انجام پیش بینی 24 تا 36 ساعت به یک هواشناس نیاز است. پیش‌بینی موقعیت‌های با تأثیر زیاد مانند طوفان، گردباد و سیل چالش‌برانگیزتر است و به منابع انسانی و سیستم‌های رایانه‌ای نیاز دارد.

از دهه 1950، رایانه های سریع به پیش بینی های دقیق تری تبدیل شده اند. طبق گفته اداره ملی اقیانوسی و جوی، پیش‌بینی پنج روزه امروز در 90 درصد مواقع دقیق است.

پیش‌بینی 7 روزه در 80 درصد مواقع درست است و پیش‌بینی 10 روزه 50 درصد درست است.

امروزه، پیش بینی طوفان پنج روزه قابل اعتمادتر از پیش بینی چهار روزه در اوایل دهه 2000 و پیش بینی سه روزه در دهه 1990 است. و یک مقاله Nature در سال 2015 نشان داد که پیش‌بینی‌های سه تا ده روزه تقریباً یک روز در یک دهه بهبود یافته است، به این معنی که پیش‌بینی شش روزه کنونی به اندازه پیش‌بینی پنج روزه 10 سال پیش دقیق است.

متأسفانه، تغییرات عمده آب و هوایی فرآیند پیش بینی را پیچیده می کند. شوخی وجود دارد مبنی بر اینکه تکان دادن پروانه در هنگ کنگ می تواند آب و هوای نیویورک را تغییر دهد. این ایده در سال 1972 توسط ریاضیدان و هواشناس ادوارد لورنز مطرح شد. "اثر پروانه ای" این است که تغییرات کوچک می تواند تأثیر زیادی بر توسعه کل سیستم داشته باشد.

در عمل، این بدان معناست که یک مدل کامپیوتری، بیش از یک بار اجرا شود، حتی با کوچکترین تفاوت در شرایط فعلی، می تواند پیش بینی های متفاوتی را ارائه دهد. باب هنسون می‌گوید به همین دلیل، محدودیت احتمالی پیش‌بینی حدود 14 روز است.

هنسون می‌گوید: «لورنز اساساً می‌گوید که پیش‌بینی الگوهای آب‌وهوا برای بیش از دو هفته غیرممکن است، زیرا این بال‌های کوچک پروانه و چیزهای کوچک بی‌شمار دیگری منجر به تغییرات بزرگ خواهند شد.

جودت هواشناس مطمئن است که بشریت هرگز نمی تواند یک طوفان رعد و برق را بیش از چند ساعت قبل پیش بینی کند، مهم نیست چقدر مشاهدات خوب هستند.

او می‌گوید: «برای طوفان‌ها و طوفان‌هایی که بسیار قوی‌تر هستند (و بنابراین تشخیص از قبل آسان‌تر است)، این دوره می‌تواند دو تا سه هفته باشد.

هواشناسان هنگام پیش بینی، عدم قطعیت ها را با استفاده از یک مدل ریاضی چندین بار محاسبه می کنند. در عین حال، نتیجه کمی متفاوت خواهد داشت، اما اکثر آنها مشابه خواهند بود.متداول ترین آنها نتیجه نهایی خواهد بود.