Orų prognozės niekada nebus 100% tikslios šiam mokslui

Orų prognozavimo mokslas kasdien stebimas viešai. Kai prognozė yra teisinga, mes retai komentuojame, bet mes dažnai greitai skundžiame, kai prognozė yra neteisinga. Ar mes tikėtina, kad pasieksime puikią prognozę, kuri yra tiksli iki valandos?

Rengiant orų prognozę yra daug žingsnių. Jis pradeda savo gyvenimą kaip pasaulinę atmosferos „fotografiją“ tam tikru laiku, susietą su trimačiu taškų tinklu, kuris apima visą pasaulį ir išilgai nuo paviršiaus iki stratosferos (o kartais ir didesnis).

Naudojant superkompiuterį ir sudėtingą modelį, apibūdinantį atmosferos elgseną su fizikos lygtimis, ši momentinė nuotrauka yra žingsnis į priekį, gaunant daug terabaitų neapdorotų prognozių duomenų. Tuomet žmonių prognozuotojai aiškina duomenis ir paverčia juos prasminga prognoze, kuri yra transliuojama visuomenei.

Ar oras

Orų prognozavimas yra didžiulis iššūkis. Pradžioje mes stengiamės nuspėti kažką, kas savaime yra nenuspėjama. Atmosfera yra chaotiška sistema - nedidelis atmosferos būklės pasikeitimas vienoje vietoje gali turėti pastebimų pasekmių kitoje vietoje, kurį vienas mokslininkas analogiškai apibūdino kaip vadinamąjį drugelio efektą.

Bet kokia prognoze atsiradusi klaida sparčiai augs ir sukels tolesnes klaidas. Kadangi modeliuojant atmosferą turime daryti daug prielaidų, tampa aišku, kaip lengvai gali prognozuoti klaidas. Dėl puikios prognozės mums reikės pašalinti kiekvieną klaidą.

Prognozavimo įgūdžiai pagerėjo. Šiuolaikinės prognozės, žinoma, yra daug patikimesnės, nei jos buvo prieš super kompiuterio erą. Anksčiausiai paskelbtos Jungtinės Karalystės prognozės yra 1861 m., Kai Karališkosios laivyno pareigūnas ir aktyvus meteorologas Robertas Fitzroy pradėjo skelbti prognozes „The Times“.

Jo metodai sudarė meteorologinių grafikų piešimą, naudojant stebėjimus iš nedidelio skaičiaus vietų ir prognozes, pagrįstas tuo, kaip oras pasikeitė praeityje, kai diagramos buvo panašios. Tačiau jo prognozės dažnai buvo neteisingos, o spauda paprastai greitai kritikavo.

Didelis žingsnis į priekį buvo, kai 1950-aisiais prognozavimo bendruomenei buvo pristatyti superkompiuteriai. Pirmasis kompiuterio modelis buvo daug paprastesnis už šiandienos modelį, prognozuodamas tik vieną kintamąjį tinklelyje, kurio atstumas viršija 750 km.

Šis darbas sudarė kelią šiuolaikiniam prognozavimui, kurio principai vis dar grindžiami tuo pačiu požiūriu ir tuo pačiu matematika, nors šiandieniniai modeliai yra daug sudėtingesni ir prognozuoja daug daugiau kintamųjų.

Šiandien orų prognozė paprastai susideda iš kelių orų modelio eigos. Veiklos orų centrai paprastai valdo pasaulinį modelį, kurio tinklo atstumas yra apie 10 km, o išvestis perduodama didesnės skiriamosios gebos modeliui, veikiančiam vietinėje teritorijoje.

Norint sužinoti apie prognozės neapibrėžtumą, daugelis oro sąlygų centrų taip pat atlieka keletą lygiagrečių prognozių, kurių kiekvienas turi nedidelius pradinio momento pokyčius. Šie nedideli pokyčiai auga prognozės metu ir suteikia prognozuotojams tikimybės, kad kažkas vyksta, pavyzdžiui, procentinė tikimybė, kad lyja.

Prognozavimo ateitis

Superkompiuterių amžius buvo labai svarbus, kad būtų galima plėtoti orų prognozavimo (ir klimato prognozės) mokslą. Šiuolaikiniai superkompiuteriai gali atlikti tūkstančius trilijonų skaičiavimų per sekundę ir gali saugoti ir apdoroti duomenų petabitus. „Cray“ superkompiuteris JK „Met Office“ turi apie milijoną „Samsung Galaxy S9“ išmaniųjų telefonų duomenų apdorojimo galios ir duomenų saugojimo.

Tai reiškia, kad turime apdorojimo galią, kad galėtume paleisti savo modelius didelėmis rezoliucijomis ir į prognozes įtraukti kelis kintamuosius. Tai taip pat reiškia, kad mes galime apdoroti daugiau įvesties duomenų, kai generuojame pradinį „momentinį vaizdą“, sukuriant tikslesnį atmosferos vaizdą, kad būtų galima pradėti prognozę.

Dėl šios pažangos padidėjo prognozavimo įgūdžiai. Tikslus kiekybinis įvertinimas buvo pateiktas a Gamta Peter Bauer, Alan Thorpe ir Gilbert Brunet tyrimas, kuriame aprašomi orų prognozės pokyčiai kaip „rami revoliucija“.

Jie rodo, kad šiandienos penkių dienų prognozės tikslumas yra panašus į trijų dienų prognozę prieš maždaug 20 metų, ir kad kiekvienas dešimtmetis įgyjame gebėjimų. Iš esmės šiandieninės trijų dienų prognozės yra tokios pat tiksli kaip prieš dvejų metų prognozę.

Bet ar šis įgūdžių didėjimas gali tęstis į ateitį? Tai iš dalies priklauso nuo to, kokią pažangą galime padaryti su super kompiuterių technologijomis. Greičiau superkompiuteriai reiškia, kad mes galime paleisti savo modelius aukštesne raiška ir atstovauti dar daugiau atmosferos procesų, teoriškai lemiantys tolesnį prognozės įgūdžių tobulinimą.

Pagal Moore įstatymą nuo 1970 m. Mūsų skaičiavimo galia padvigubėjo kas dvejus metus. Tačiau pastaruoju metu tai sulėtėjo, todėl gali prireikti kitų metodų, kad ateityje būtų galima pasiekti pažangą, pvz., Padidinti modelių skaičiavimo efektyvumą.

Ar mes kada nors galėsime prognozuoti orą 100 procentų tikslumu? Trumpai tariant, ne. Atmosferoje atsitiktiniu judesiu yra 2 × 10⁴⁴ (200.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000) molekulė - bandant juos atstovauti visi būtų neįmanoma. Chaotiškas oras reiškia, kad tol, kol turime daryti prielaidas apie procesus atmosferoje, visada yra galimybė sukurti klaidų modelį.

Orų modeliavimo pažanga gali pagerinti šiuos statistinius vaizdus ir leisti mums padaryti realesnes prielaidas, o spartesni kompiuteriai gali suteikti mums daugiau informacijos arba išspręsti mūsų orų modelius, tačiau prognozės centre visada reikia tam tikro modelio. prielaidas.

Tačiau tol, kol bus atlikti šių prielaidų tobulinimo tyrimai, orų prognozavimo ateitis atrodo ryški. Tačiau, kiek arti mes galime pasiekti tobulą prognozę, lieka matyti.

Šis straipsnis iš pradžių buvo paskelbtas Jon Shonk pokalbyje. Skaitykite originalų straipsnį čia.