Hvordan oppstår været og hvor nøyaktig kan du forutsi det?

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Prognosemakere lover en solrik dag, og utenfor vinduet - en snøstorm. Unøyaktigheter i prognoser er assosiert med både raskt skiftende miljøforhold og globale klimatransformasjoner. Likevel har moderne meteorologer fått et gjennombrudd innen prognoser, i dag brukes matematiske algoritmer til dette, nye metoder og verktøy blir laget for å studere dagens værforhold.

Hvordan naturfenomener studeres i dag og om det er mulig å lage helt nøyaktige prognoser i fremtiden var lett tilgjengelig i det amerikanske populærvitenskapelige magasinet Discover. T&P tilpasset artikkelen og oversatte den.

Hvordan oppstår været

Jordens atmosfæriske lag består hovedsakelig av nitrogen, oksygen og vanndamp. Denne luften oppfører seg som en væske og, som strømmer fra et sted til et annet, endrer temperatur, fuktighet og andre egenskaper. Været er et biprodukt av atmosfæren, som frakter varme fra ett sted til et annet.

Kjølere luft er tett og kan ikke holde mye fuktighet; varmere luft er mindre tett og kan holde mer vann. Når luftområder med forskjellig temperatur og tetthet kolliderer, oppstår regn når vann dannes fra den avkjølte varme luften. Annen nedbør kan forekomme. Når den varme, fuktige luften stiger oppover, avkjøles den og vannet kondenserer på partikler suspendert i luften. Stigende dråper blir tyngre og faller deretter til jorden.

En orkan dannes når sjøvann varmes opp over 27 ℃ og fordamper raskt, og luften over havet blir varm og stiger. I stedet kommer strømmer av kald luft, som også varmes opp og stiger. Disse bevegelsene skaper sterk vind, en orkan dannes.

Hvordan naturfenomener ble studert før

Vitenskapelige værobservasjoner begynte i renessansen, da barometre og termometre ble oppfunnet. Gamle europeiske lærde som Galileo brukte disse verktøyene for å forklare værfenomener.

Men tidlige spådommer var begrenset og basert kun på antakelsen om at fortiden ville bestemme fremtidig atferd.

"Hvis det er en storm i Kansas i dag og neste dag i Missouri, kan du fortelle at den vil komme til Illinois neste dag," forklarer Bob Henson, meteorolog og forfatter av Weather Underground.

Denne metoden fungerer under konstante forhold - når stormen gradvis beveger seg eller når det lokale klimaet ikke endrer seg mye fra dag til dag (for eksempel i Sør-California).

Denne enkle metoden tar imidlertid ikke hensyn til skiftende forhold: for eksempel dannes stormer raskt på grunn av konveksjon (bevegelse av luftvolumer fra en høyde til en annen, på grunn av den arkimedeiske kraften. - Red.). Heldigvis finnes det nye måter å forutsi været i dagens verden. Prognoser er ikke laget av folk som ser på kartene og gårsdagens høyder og nedturer, de er laget av maskiner.

Oppdaterte værmeldinger

Meteorologer bruker numerisk værvarsling ved å legge inn data om gjeldende værforhold. Deretter behandles de i en datamodell. Jo mer relevant og nøyaktig informasjon som legges inn, jo mer nøyaktig blir prognosen. For å få tak i disse dataene brukes instrumenter som en værballong, fly, satellitter og havbøyer.

Værmønstre deler en region, stat eller til og med hele kloden inn i celler. Størrelsen deres påvirker nøyaktigheten av prognosen. Store rektangler er vanskeligere å se hva som skjer i små områder, men de gir et helhetsbilde av været trender over tid. Denne generelle prognosen er nødvendig, for eksempel for å bestemme bevegelsen til en storm.

Små celler med høyere oppløsning tillater prognoser over en kortere tidsperiode – én til to dager – og dekker kun et spesifikt område. Noen modeller kan fokusere på spesifikke data som vindhastighet, temperatur og fuktighet. Derfor kan to datamodeller gi litt forskjellige resultater selv med nøyaktig de samme første observasjonene.

Er perfekte spådommer mulige?

"Datamodeller er tilstrekkelige for daglige værmeldinger, så meteorologer vil ikke tilføre mye her," sier Schumacher, assisterende professor i atmosfæriske vitenskaper ved Colorado State University. – Men dette betyr ikke at folk ikke trengs i det hele tatt. Prognosemannen kan gjenkjenne unøyaktigheter i dataene som er reprodusert av datasystemet."

Nedbør er mye vanskeligere å forutsi enn temperatur, sier Matt Kölsch, en hydrometeorolog ved Universitetets Atmospheric Research Corporation i Boulder.

"Temperatur er et kontinuerlig felt, det er overalt. Nedbør er et periodisk felt, noen steder kan det regne eller snø, men andre steder vil det ikke være det i det hele tatt."

Landskapstrekkene i området, som åser, kystlinjer, påvirker nedbøren, og datamodeller tar ikke alltid hensyn til dette. Kölsch sier en meteorolog er nødvendig for å lage prognoser for 24 til 36 timer. Å forutsi situasjoner med høy påvirkning som orkaner, tornadoer og flom er mer utfordrende og krever både menneskelige ressurser og datasystemer.

Siden 1950-tallet har raske datamaskiner blitt mer og mer nøyaktige spådommer. Dagens femdagers varsel er nøyaktig omtrent 90 % av tiden, ifølge National Oceanic and Atmospheric Administration.

7-dagers prognosen viser seg å være korrekt 80 % av tiden, og 10-dagers prognosen 50 %

I dag er et femdagers orkanvarsel mer pålitelig enn et firedagersvarsel på begynnelsen av 2000-tallet og et tredagersvarsel på 1990-tallet. Og et Nature-papir fra 2015 fant at prognosene for tre til ti dager ble forbedret med omtrent en dag på et tiår, noe som betyr at den nåværende seksdagersmeldingen er like nøyaktig som femdagersprognosen for 10 år siden.

Dessverre kompliserer store klimatiske transformasjoner prognoseprosessen. Det er en vits om at en sommerfugl som flagrer i Hong Kong kan forandre været i New York. Denne ideen ble fremmet i 1972 av matematikeren og meteorologen Edward Lorenz. "Sommerfugleffekten" er at små endringer kan ha stor innvirkning på utviklingen av hele systemet.

I praksis betyr dette at én datamodell, som kjøres mer enn én gang, selv med de minste forskjellene i strømforholdene, kan gi ulike spådommer. På grunn av dette er den potensielle prognosegrensen rundt 14 dager, sier Bob Henson.

"Lorenz sa i utgangspunktet at det er umulig å forutsi værmønstrene i mer enn to uker, fordi disse små sommerfuglvingene og utallige andre små ting vil føre til store endringer," sier Henson.

Meteorolog Judt er sikker på at menneskeheten aldri kan forutsi et tordenvær mer enn et par timer i forveien, uansett hvor gode observasjonene er.

"For orkaner og stormer som er mye sterkere (og derfor lettere å oppdage på forhånd), kan perioden være to til tre uker," sier han.

Når de lager et varsel, tar meteorologer hensyn til usikkerheter ved å bruke en matematisk modell flere ganger. Samtidig vil det gi et litt annet resultat, men de fleste vil være like. De hyppigste vil være det endelige resultatet.