Kuidas ilm tekib ja kui täpselt saate seda ennustada?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Prognoosid lubavad päikeselist päeva ja akna taga - lumetormi. Prognooside ebatäpsused on seotud nii kiiresti muutuvate keskkonnatingimuste kui ka globaalsete kliimamuutustega. Sellegipoolest on tänapäeva meteoroloogid teinud läbimurde prognoosimises, tänapäeval kasutatakse selleks matemaatilisi algoritme, luuakse uusi meetodeid ja tööriistu hetkeilmaolude uurimiseks.

Kuidas loodusnähtusi tänapäeval uuritakse ja kas tulevikus on võimalik teha täiesti täpseid prognoose, oli Ameerika populaarteaduslikus ajakirjas Discover hõlpsasti kättesaadav. T&P kohandas artiklit ja tõlkis selle.

Kuidas ilm tekib

Maa atmosfäärikiht koosneb peamiselt lämmastikust, hapnikust ja veeaurust. See õhk käitub nagu vedelik ja ühest kohast teise voolates muudab temperatuuri, niiskust ja muid omadusi. Ilm on atmosfääri kõrvalsaadus, mis kannab soojust ühest kohast teise.

Jahedam õhk on tihe ja ei suuda palju niiskust hoida; soojem õhk on vähem tihe ja mahutab rohkem vett. Erineva temperatuuri ja tihedusega õhupiirkondade põrkumisel tekib vihma, kuna jahutatud soojast õhust tekib vesi. Võib esineda ka muid sademeid. Kui soe ja niiske õhk tõuseb üles, siis see jahtub ja vesi kondenseerub õhus hõljuvatele osakestele. Tõusvad tilgad muutuvad raskemaks ja langevad seejärel Maale.

Orkaan tekib siis, kui merevesi soojeneb üle 27 ℃ ja aurustub kiiresti ning õhk ookeani kohal muutub soojaks ja tõuseb. Selle asemele tulevad külma õhu ojad, mis samuti soojenevad ja tõusevad üles. Need liikumised tekitavad tugeva tuule, tekib orkaan.

Kuidas loodusnähtusi enne uuriti

Teaduslikud ilmavaatlused said alguse renessansiajastul, mil leiutati baromeetrid ja termomeetrid. Vana-Euroopa teadlased, nagu Galileo, kasutasid neid tööriistu ilmastikunähtuste selgitamiseks.

Kuid varajased ennustused olid piiratud ja põhinesid ainult eeldusel, et minevik määrab tulevase käitumise.

"Kui täna on torm Kansases ja järgmisel päeval Missouris, võite öelda, et see tuleb järgmisel päeval Illinoisi," selgitab Bob Henson, meteoroloog ja Weather Undergroundi autor.

See meetod töötab pidevates tingimustes – kui torm liigub tasapisi või kui kohalik kliima päevast päeva eriti ei muutu (näiteks Lõuna-Californias).

See lihtne meetod aga ei võta arvesse muutuvaid tingimusi: näiteks tormid tekivad kiiresti konvektsiooni tõttu (õhuhulkade liikumine ühelt kõrguselt teisele, Archimedese jõu toimel. – Toim.). Õnneks on tänapäeva maailmas ilmaennustamiseks uusi viise. Prognoose ei tee inimesed, kes vaatavad kaarte ja eilseid tõuse ja mõõnu, neid teevad masinad.

Ajakohased ilmaennustused

Meteoroloogid kasutavad numbrilist ilmaennustust, sisestades andmeid hetke ilmastikutingimuste kohta. Seejärel töödeldakse neid arvutimudelis. Mida asjakohasem ja täpsem teave sisestatakse, seda täpsem on prognoos. Nende andmete saamiseks kasutatakse selliseid instrumente nagu õhupall, lennukid, satelliidid ja ookeanipoid.

Ilmamustrid jagavad piirkonna, osariigi või isegi kogu maakera rakkudeks. Nende suurus mõjutab prognoosi täpsust. Suurte ristkülikute puhul on väikestel aladel toimuvat raskem näha, kuid need annavad üldpildi ilmastikusuundumustest aja jooksul. See üldine prognoos on vajalik näiteks tormi liikumise määramiseks.

Suurema eraldusvõimega väikesed lahtrid võimaldavad prognoosida lühema ajaperioodi jooksul – üks kuni kaks päeva – ja hõlmavad ainult kindlat piirkonda. Mõned mudelid võivad keskenduda konkreetsetele andmetele, nagu tuule kiirus, temperatuur ja niiskus. Seetõttu võivad kaks arvutimudelit anda ka täpselt samade esialgsete vaatluste korral veidi erinevaid tulemusi.

Kas täiuslikud ennustused on võimalikud?

"Arvutimudelitest piisab igapäevaste ilmaennustuste jaoks, nii et meteoroloogid ei lisa siia palju," ütleb Colorado osariigi ülikooli atmosfääriteaduste dotsent Schumacher. - Kuid see ei tähenda, et inimesi poleks üldse vaja. Ennustaja suudab tuvastada arvutisüsteemi taasesitatud andmete ebatäpsusi.

Boulderis asuva ülikooli atmosfääriuuringute korporatsiooni hüdrometeoroloog Matt Kölsch ütleb, et sademeid on palju raskem ennustada kui temperatuuri.

“Temperatuur on pidev väli, seda on kõikjal. Sademed on vahelduv väli, mõnel pool võib sadada vihma või lund, teisal aga üldse mitte.

Piirkonna maastikuomadused, nagu künkad, rannajooned, mõjutavad sademeid ja arvutimudelid ei võta seda alati arvesse. Kölschi sõnul on 24–36 tunni prognooside tegemiseks vaja meteoroloogi. Suure mõjuga olukordade, nagu orkaanid, tornaadod ja üleujutused, ennustamine on keerulisem ja nõuab nii inimressursse kui ka arvutisüsteeme.

Alates 1950. aastatest on kiired arvutid muutunud üha täpsemaks ennustuseks. Riikliku ookeani- ja atmosfääriameti andmetel on tänane viiepäevane prognoos täpne umbes 90% ajast.

7 päeva prognoos osutub õigeks 80% juhtudest ja 10 päeva prognoos 50% juhtudest

Tänapäeval on viiepäevane orkaaniprognoos usaldusväärsem kui neljapäevane prognoos 2000. aastate alguses ja kolmepäevane prognoos 1990. aastatel. Ja 2015. aasta looduspaber leidis, et kolme kuni kümne päeva prognoosid paranesid kümnendi jooksul umbes päeva võrra, mis tähendab, et praegune kuue päeva prognoos on sama täpne kui 10 aasta tagune viiepäevane prognoos.

Kahjuks raskendavad suured kliimamuutused prognoosimise protsessi. On nali, et Hongkongis lehvitav liblikas võib muuta ilma New Yorgis. Selle idee esitas 1972. aastal matemaatik ja meteoroloog Edward Lorenz. “Liblikaefekt” seisneb selles, et väikestel muudatustel võib olla tohutu mõju kogu süsteemi arengule.

Praktikas tähendab see, et üks arvutimudel, mida kasutatakse rohkem kui üks kord, võib isegi kõige väiksemate erinevustega praegustes tingimustes anda erinevaid ennustusi. Seetõttu on potentsiaalne prognoosimispiir umbes 14 päeva, ütleb Bob Henson.

"Lorenz ütles põhimõtteliselt, et üle kahe nädala ilmamustreid on võimatu ennustada, sest need väikesed liblika tiivad ja lugematu arv muid pisiasju toovad kaasa suuri muutusi," ütleb Henson.

Meteoroloog Judt on kindel, et inimkond ei suuda kunagi ennustada äikest rohkem kui paar tundi ette, olgu vaatlused kui tahes head.

"Palju tugevamate (ja seetõttu varem tuvastatavate) orkaanide ja tormide puhul võib periood olla kaks kuni kolm nädalat, " ütleb ta.

Prognoosi tegemisel arvestavad meteoroloogid ebamäärasusi, kasutades matemaatilist mudelit mitu korda. Samal ajal annab see veidi erineva tulemuse, kuid enamik neist on sarnased. Kõige sagedasemad on lõpptulemus.