Mens forskere som Einstein, Newton, Maxwell og andre kunne skabe teoretisk fysik, der var i stand til at forudsige virkelige begivenheder med præcision og nøjagtighed, mens meteorologiske forskere (vejr- og atmosfæriske eksperter) stod over for en anden virkelighed.
Forudsigelser fra meteorologer om vejret modsiger ofte virkelige begivenheder.
Mennesker har været i stand til nøjagtigt at forudsige positioner af planeter, måner, kometer i hundreder af år i fremtiden, men stadig ikke i stand til at forudsige, hvordan vejret vil være en dag i fremtiden med nøjagtighed? Regner det? Hvad er temperaturen?
Vejrvidenskab har udviklet sig hurtigt
Vejrvidenskab eller meteorologi begyndte at udvikle sig for et århundrede siden, da matematikeren Lewis Fry Richardson regnede med hånden i 6 uger for at forudsige de næste 6 timers vejr.
Vejrudsigten afhænger af computerens fremskridt. For meteorologer er det en kæmpe præstation. For os, offentligheden, betyder det ikke rigtig noget.
Vejrudsigten har oplevet en betydelig udvikling i mindst de sidste 20 år.
3-dages vejrudsigten, der udføres i dag, er bedre end den en-dags vejrudsigter, de gjorde for 20 år siden.
Vejrforskere i dag kan ikke arbejde uden numeriske forudsigelser, der bruger matematiske ligninger til at forudsige vejret.
Beregning af denne matematiske ligning kræver en sofistikeret computer og mange fysiske parameterdata tilgængelige på land, til søs og i luften.
Der er 2 × 10⁴⁴ (200.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000) molekyler i atmosfæren, der bevæger sig tilfældigt, og vi prøver at beregne bevægelserne for alle disse molekyler, virkelig hårdt.
Millioner af data, der skal indsamles og behandles
Kortsigtede forudsigelser afhænger af temperatur, skyer, nedbør, vind og lufttryk. Langsigtede forudsigelser, tilføjer land- og havtemperaturer, havstrømme, luftforurening og mange andre.
Forudsigelse af morgendagens morgenvejr kræver en stor indsats. BMKG indsamler millioner af observationsdata hver dag taget fra stationer på stedet samt fra vejrballoner og satellitter.
Læs også: Hvorfor studere matematik? Køb ikke Siomay ved hjælp af logaritmer, ikke?En vejrstation kan ikke indsamle så meget information. Der anvendes et stort netværk af vejrstationer, der indsamler data flere steder over tid.
Nogle stationer er placeret på land, der i det mindste består af et vindmåler til måling af vindhastighed og retning, et vandreservoir til måling af nedbør, et hydrotermometer til måling af temperatur og fugtighed.
Flere andre stationer flyder i havet, observationsudstyr installeret i bøjen. Og der er stadig bevægelige stationer, observationsudstyr installeret på fly og skibe. Plus vejrsatellitter og radiosonde-balloner for at få data fra den øvre atmosfære.
Alle fysiske parameterdata fra alle disse stationer genererer mere end 1 million data hver dag.
Din bærbare computer eller computer kan ikke gemme disse data, endsige behandle dem. Men meteorologer har supercomputere, kraftige motorer, der er i stand til at beregne millioner af data i sekundet.
Supercomputer til forudsigelse af vejret
I USA er der supercomputere, der drives af National Centers for Environmental Prediction (NCEP). Arbejdet med supercomputere er der mere end 10.000 processorer, der arbejder med 2,6 petabyte data.
Der føres de observerede data ind i en supercomputerhjerne, der bruger komplekse matematiske modelleringsligninger til at forudsige, hvordan vejrforholdene ændrer sig over tid. Resultaterne af denne supercomputer forudsigelse udsendes eller formidles derefter til offentligheden via tv, internetsider, applikationer og andre.
Tro ikke, at denne supercomputer umuligt kan begå fejl, selv med sådan avanceret teknologi, er denne supercomputer ikke helt i stand til at stå over for den store udfordring at forudsige vejret.
Storskala vejrfænomener, som hver især er påvirket af en række forskellige variabler. Overvej for eksempel, hvordan solstråling vil opvarme jordens overflade, hvordan forskelle i lufttryk vil drive vinden, og hvordan ændringer i vandfase, smeltning og fordampning vil påvirke energistrømmen.
Meteorologer bruger nu teknologi og teknikker, der løbende opdateres til at håndtere kaos, såsom forudsigelse ved hjælp af et ensemble, der er baseret på flere forudsigelser, hvor hver forudsigelse bruger et varierende udgangspunkt.
Hvis alle forudsigelser i ensemblet ser ens ud, forudsiges vejret at være normalt. Hvis der er forudsigelser, der ser slående anderledes ud, forudsiges vejret at ændre sig.
Læs også: Hvad er tardigrade? Hvorfor kom du til Månen?Desværre er kaoset stadig der, meteorologer kan aldrig forudsige vejret med absolut sikkerhed. Uanset om der vil være storme, hvirvelvind, ekstrem regn, vil det altid medføre katastrofe med en lille advarsel.
Kaos, uorden som universets natur
Små ændringer til nogen af variablerne i denne komplekse beregning kan have stor indflydelse på fremtidigt vejr. Edwan Lorenz, en meteorolog fra MIT, kalder dette sommerfugleeffekten.
Simpelthen afbildet som denne kan klappning af en sommerfugls vinger midt i en asiatisk skov forårsage kraftig regn i New York City.
Han er kendt som far til kaosteori, et videnskabeligt princip, der beskriver superkomplekse systemer, såsom vejrsystemer, hvor små ændringer i de indledende forhold drastisk kan ændre slutresultatet.
På grund af dette kaos eller uregelmæssighed er der en grænse for, hvornår vejrudsigter betragtes som nøjagtige. Lorenz satte denne grænse på to uger.
Desuden er de numeriske ligninger, der bruges til at simulere atmosfæren, også udsat for kaos med små fejl, som kan multipliceres.
Vejret i områder med høj breddegrad er meget påvirket af mødebevægelsen af forskellige luftmasser, der påvirkes af lavtrykssystemer. Bevægelsen af luftmasser er relativt let at forudsige, fordi den bevæger sig gradvist.
I mellemtiden modtager i tropiske områder som verden meget energi fra solen, hvilket gør konvektionsaktivitet mere kaotisk, så det er sværere at forudsige.
Kaos i naturen betyder, at så længe vi fortsætter med at antage antagelser om processer i atmosfæren, vil der altid være potentiale for modeller til at begå fejl.
Hvordan kan vejret forudsiges i fremtiden?
Data med høj opløsning både rumligt og i tide er påkrævet. Det har brug for flere millioner af vejrobservationsstationer forskellige steder.
Heldigvis med dagens fremskridt inden for teknologi kan vejrobservationsstationer være mindre og mere mobile. Denne vejrobservationsstation vil sandsynligvis være i alles hus eller i et køretøj endda på en smartphone.
Da flere og flere data indsamles, er der behov for mere avancerede og hurtigere supercomputere.
Intet er mere nyttigt end vores egen beredskab til vejret. Som man siger, hold en paraply, før det regner.
Reference
- Hvorfor vejrudsigten altid vil være lidt forkert
- Hvorfor kan videnskabsmand ikke forudsige vejr
