Bagaimanakah cuaca timbul dan seberapa tepat anda boleh meramalkannya?

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Peramal menjanjikan hari yang cerah, dan di luar tingkap - ribut salji. Ketidaktepatan dalam ramalan dikaitkan dengan keadaan persekitaran yang berubah dengan pantas dan perubahan iklim global. Walau bagaimanapun, ahli meteorologi moden telah membuat satu kejayaan dalam peramalan, hari ini algoritma matematik digunakan untuk ini, kaedah dan alat baru dicipta untuk mengkaji keadaan cuaca semasa.

Bagaimana fenomena semula jadi sedang dikaji hari ini dan sama ada mungkin untuk membuat ramalan yang tepat pada masa hadapan telah tersedia dalam majalah sains popular Amerika Discover. T&P mengadaptasi artikel dan menterjemahnya.

Bagaimana cuaca timbul

Lapisan atmosfera Bumi terdiri terutamanya daripada nitrogen, oksigen, dan wap air. Udara ini berkelakuan seperti cecair dan, mengalir dari satu tempat ke tempat lain, mengubah suhu, kelembapan dan ciri-ciri lain. Cuaca adalah hasil sampingan atmosfera, yang membawa haba dari satu tempat ke tempat lain.

Udara yang lebih sejuk adalah padat dan tidak dapat menahan banyak lembapan; udara yang lebih panas kurang tumpat dan boleh menampung lebih banyak air. Apabila kawasan udara yang berbeza suhu dan ketumpatan berlanggar, hujan berlaku apabila air terbentuk daripada udara panas yang disejukkan. Kerpasan lain mungkin berlaku. Apabila udara panas dan lembap naik ke atas, ia menyejuk dan air mengembun pada zarah terampai di udara. Titisan yang meningkat menjadi lebih berat dan seterusnya jatuh ke Bumi.

Taufan terbentuk apabila air laut memanaskan melebihi 27 ℃ dan menyejat dengan cepat, dan udara di atas lautan menjadi panas dan naik. Di tempatnya, aliran udara sejuk datang, yang juga panas dan naik. Pergerakan ini mencipta angin kencang, taufan terbentuk.

Bagaimana fenomena alam dikaji sebelum ini

Pemerhatian cuaca saintifik bermula pada zaman Renaissance, apabila barometer dan termometer dicipta. Sarjana Eropah purba seperti Galileo menggunakan alat ini untuk menerangkan fenomena cuaca.

Tetapi ramalan awal adalah terhad dan hanya berdasarkan andaian bahawa masa lalu akan menentukan tingkah laku masa depan.

"Jika ada ribut hari ini di Kansas dan keesokan harinya di Missouri, anda boleh memberitahu ia akan datang ke Illinois pada hari berikutnya," jelas Bob Henson, ahli meteorologi dan pengarang Weather Underground.

Kaedah ini berfungsi dalam keadaan malar - apabila ribut bergerak secara beransur-ansur atau apabila iklim tempatan tidak banyak berubah dari hari ke hari (contohnya, di California Selatan).

Walau bagaimanapun, kaedah mudah ini tidak mengambil kira keadaan yang berubah-ubah: contohnya, ribut cepat terbentuk akibat perolakan (pergerakan volum udara dari satu ketinggian ke ketinggian lain, disebabkan oleh daya Archimedean. - Ed.). Nasib baik, terdapat cara baharu untuk meramal cuaca di dunia hari ini. Ramalan tidak dibuat oleh orang yang melihat peta dan naik turun semalam, ia dibuat oleh mesin.

Ramalan cuaca terkini

Ahli meteorologi menggunakan ramalan cuaca berangka dengan memasukkan data tentang keadaan cuaca semasa. Kemudian mereka diproses dalam model komputer. Lebih banyak maklumat yang relevan dan tepat dimasukkan, lebih tepat ramalannya. Untuk mendapatkan data ini, instrumen seperti belon cuaca, kapal terbang, satelit dan pelampung lautan digunakan.

Corak cuaca membahagikan rantau, negeri, malah seluruh dunia kepada sel. Saiznya mempengaruhi ketepatan ramalan. Segi empat tepat yang besar lebih sukar untuk melihat apa yang berlaku di kawasan kecil, tetapi ia memberikan gambaran keseluruhan arah aliran cuaca dari semasa ke semasa. Ramalan umum ini diperlukan, sebagai contoh, untuk menentukan pergerakan ribut.

Sel kecil dengan peleraian yang lebih tinggi membolehkan peramalan dalam tempoh masa yang lebih singkat - satu hingga dua hari - dan hanya meliputi kawasan tertentu. Sesetengah model mungkin menumpukan pada data tertentu seperti kelajuan angin, suhu dan kelembapan. Oleh itu, dua model komputer boleh memberikan hasil yang sedikit berbeza walaupun dengan pemerhatian awal yang sama.

Adakah ramalan yang sempurna mungkin?

"Model komputer mencukupi untuk ramalan cuaca harian, jadi ahli meteorologi tidak akan menambah banyak di sini," kata Schumacher, penolong profesor sains atmosfera di Colorado State University. - Tetapi ini tidak bermakna bahawa orang tidak diperlukan sama sekali. Peramal boleh mengenali ketidaktepatan dalam data yang dihasilkan semula oleh sistem komputer."

Kerpasan adalah lebih sukar untuk diramalkan daripada suhu, kata Matt Kölsch, ahli hidrometeorologi di Perbadanan Penyelidikan Atmosfera Universiti di Boulder.

“Suhu adalah medan yang berterusan, ia ada di mana-mana. Kerpasan adalah medan yang terputus-putus, di beberapa tempat mungkin hujan atau salji, tetapi di tempat lain ia tidak akan sama sekali."

Ciri landskap kawasan tersebut, seperti bukit, garis pantai, mempengaruhi kerpasan, dan model komputer tidak selalu mengambil kira perkara ini. Kölsch berkata pakar meteorologi diperlukan untuk membuat ramalan selama 24 hingga 36 jam. Meramalkan situasi berimpak tinggi seperti taufan, puting beliung dan banjir adalah lebih mencabar dan memerlukan sumber manusia dan sistem komputer.

Sejak tahun 1950-an, komputer pantas telah menjadi ramalan yang lebih tepat. Ramalan lima hari hari ini adalah tepat kira-kira 90% daripada masa, menurut Pentadbiran Lautan dan Atmosfera Kebangsaan.

Ramalan 7 hari ternyata betul 80% sepanjang masa, dan ramalan 10 hari 50%

Hari ini, ramalan taufan lima hari lebih dipercayai daripada ramalan empat hari pada awal 2000-an dan ramalan tiga hari pada 1990-an. Dan kertas Nature 2015 mendapati bahawa ramalan selama tiga hingga sepuluh hari bertambah baik kira-kira sehari dalam satu dekad, yang bermaksud bahawa ramalan enam hari semasa adalah tepat seperti ramalan lima hari 10 tahun yang lalu.

Malangnya, transformasi iklim utama merumitkan proses ramalan. Ada jenaka mengatakan rama-rama yang mengepak di Hong Kong boleh mengubah cuaca di New York. Idea ini dikemukakan pada tahun 1972 oleh ahli matematik dan meteorologi Edward Lorenz. "Kesan rama-rama" ialah perubahan kecil boleh memberi impak besar kepada pembangunan keseluruhan sistem.

Dalam amalan, ini bermakna bahawa satu model komputer, dijalankan lebih daripada sekali, walaupun dengan perbezaan terkecil dalam keadaan semasa, boleh memberikan ramalan yang berbeza. Oleh sebab itu, had ramalan berpotensi adalah sekitar 14 hari, kata Bob Henson.

"Lorenz pada dasarnya berkata bahawa adalah mustahil untuk meramalkan corak cuaca selama lebih daripada dua minggu, kerana sayap rama-rama kecil ini dan banyak perkara kecil lain akan membawa kepada perubahan besar," kata Henson.

Ahli meteorologi Judt yakin bahawa manusia tidak boleh meramalkan ribut petir lebih daripada beberapa jam lebih awal, tidak kira betapa baik pemerhatian itu.

"Bagi taufan dan ribut yang lebih kuat (dan oleh itu lebih mudah untuk dikesan lebih awal), tempohnya boleh menjadi dua hingga tiga minggu," katanya.

Semasa membuat ramalan, ahli meteorologi mengambil kira ketidakpastian dengan menggunakan model matematik beberapa kali. Pada masa yang sama, ia akan memberikan hasil yang sedikit berbeza, tetapi kebanyakannya akan serupa. Yang paling kerap akan menjadi hasil akhir.