Jak dokładnie możemy przepowiadać pogodę?

Jak dokładnie możemy przepowiadać pogodę?

Nie wiem, czy Czytelnik to zauważył, ale wydaje mi się, że prognozy pogody bardzo się ostatnio poprawiły. Wielkie burze, które zazwyczaj nadchodzą niespodziewanie i obejmują duże obszary kraju, są teraz rutynowo przewidywane na kilka dni naprzód. Nawet codzienne prognozy wydają się dokładniejsze – ile razy w ciągu ostatnich lat złapał nas niespodziewany deszcz?

Historycznie rzecz biorąc, przewidywanie pogody uznawane było w najlepszym razie za nieprecyzyjną sztukę. Właściwie tak na dobre rozpoczęło się w połowie XIX wieku, gdy dzięki telegrafowi możliwe stało się zbieranie informacji o pogodzie z dużych obszarów. Aż do lat 50. naszego wieku przewidywania były całkowicie oparte na praktyce i przeszłości. Istniały wtedy wielkie księgi zapisów sekwencji stanów pogodowych – przepowiadający pogodę spoglądał w te księgi w poszukiwaniu sytuacji podobnych do widocznych na mapach pogody i prognozował, że jeżeli przedtem coś się zdarzyło, to powinno zdarzyć się znowu.

Wiele opowieści ludowych związanych z pogodą opartych jest na tego rodzaju logice. Gdy hodowałem pszczoły w środkowej Wirginii, miałem własną metodę. Notowałem jesienią dzień, w którym pszczoły wyrzucały z ula trutnie. Im wcześniej były one wypędzane, tym sroższa zapowiadała się zima. Zdaje się, że nic nie jest aż tak głupie, by nie mogło służyć do przepowiadania pogody!

W 1950 roku po raz pierwszy dostępne stały się komputery zdolne do rozwiązywania złożonych równań, opisujących ruchy atmosfery. Zamiast mieć jedynie nadzieję, że pogoda powinna zachowywać się tak jak w przeszłości, naukowcy mogli użyć praw fizyki i chemii do przewidywania tego, co się powinno stać. Od drugiej połowy naszego wieku zaczęliśmy obserwować ciągły postęp w zasięgu i dokładności komputerowych przewidywań.

Z prognozami komputerowymi związane są jednak dwa podstawowe problemy. Jeden polega na tym, że do niedawna nie było nigdy wystarczającej ilości informacji mogących stanowić dane wejściowe dla programów. Temperatury i prędkości wiatru znane były jedynie w niewielu, rozrzuconych na znacznym obszarze, miejscach (na przykład na lotniskach), co nie dostarczało komputerom danych odpowiedniej jakości do poczynienia dokładnych przewidywań. Dzisiaj, dzięki rozległej sieci stacji naziemnych i obserwatoriów satelitarnych, mamy dostęp do o wiele lepszych danych, przynajmniej w świecie uprzemysłowionym.

Drugi problem jest bardziej fundamentalny i wydaje się nierozerwalną częścią układów atmosferycznych. Wiążę to z faktem, że ruchy atmosfery mogą być chaotyczne. Najlepiej uzmysłowić to sobie w kategoriach słynnego „efektu motyla”, nazwanego tak, ponieważ (przynajmniej w zasadzie) atmosfera jest tak czuła, że motyl trzepoczący skrzydełkami w Kalkucie mógłby zapoczątkować łańcuch zdarzeń wywołujący w konsekwencji burzę deszczową w Rio.

W praktyce chaotyczne zachowanie atmosfery oznacza, że bardzo trudno jest tworzyć prognozy długoterminowe. Jeśli na przykład budujemy prognozę siedmiodniową, opartą na układach pogodowych z godziny 6 po południu, a następnie opartą na układach z godziny 9 wieczorem, te dwa przewidywania mogą się różnić, ponieważ startowaliśmy z dwóch różnych punktów. Nie jest to problem, który można rozwiązać za pomocą lepszych programów komputerowych – stanowi nieodłączną cechę atmosfery ziemskiej. Z tego powodu państwowa służba meteorologiczna (NWS – National Weather Service) do 1995 roku skłonna była podawać szczegółowe prognozy jedynie na trzy do pięciu dni naprzód.

Jednakże w 1996 roku NWS zaczęła rozszerzać te prognozy do siedmiu dni, z pewnymi nadziejami na przekroczenie i tego progu. Nowe prognozy oparte są na nowocześniejszej technice. Zamiast poszukiwać superdokładnego wyniku programu komputerowego z najlepszymi dostępnymi danymi, naukowcy uruchamiają ten sam program wielokrotnie, zmieniając czas rozpoczęcia lub czyniąc niewielkie zmiany w warunkach początkowych. Zamiast robić przewidywania oparte na przykład na warunkach z 18.00 czy 21.00, uruchamiają obydwa. Procedura NWS wymaga ogółem czterdziestu sześciu różnych przebiegów programu. Jeśli wszystkie z nich na przykład przewidują deszcz, przyjmuje się, że będzie padać. Pomysł polega na tym, że te właściwości pogody, które występują w większości lub we wszystkich przebiegach programu, są właściwościami raczej samego układu meteorologicznego niż warunków początkowych pojedynczego przebiegu. Technika ta, zwana „uśrednianiem po ansamblu”, to praktyczny sposób czerpania użytecznych informacji z układów chaotycznych.

Podobne próby czyni się również w przypadku długoterminowych prognoz klimatycznych, które teraz NWS przygotowuje co najmniej na piętnaście miesięcy naprzód. Dla tych prognoz nie uśrednia się wielokrotnych przebiegów tych samych programów z różnymi danymi startowymi, lecz wyniki trzech nieco różniących się programów, z których każdy stara się opisać pewien aspekt długoterminowych zmian klimatu. I znów, jeśli wszystkie trzy podejścia dają to samo przewidywanie, przyjmuje się, że przewidywanie to wynika raczej z podstawowej dynamiki atmosfery niż ze szczegółowych metod analizy.

Tak więc w ciągu kilku następnych lat możemy spodziewać się rozstrzygnięcia, czy prognozy NWS stały się w końcu dokładniejsze od rozkładu jazdy autobusu.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *