كيف ينشأ الطقس وما مدى دقة التنبؤ به؟

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

يعد خبراء الأرصاد بيوم مشمس ، وخارج النافذة - عاصفة ثلجية. ترتبط عدم الدقة في التنبؤات بكل من الظروف البيئية سريعة التغير والتغيرات المناخية العالمية. ومع ذلك ، فإن علماء الأرصاد الجوية الحديثين قد حققوا طفرة في التنبؤ ، واليوم يتم استخدام خوارزميات رياضية لهذا الغرض ، ويتم إنشاء طرق وأدوات جديدة لدراسة الظروف الجوية الحالية.

كانت كيفية دراسة الظواهر الطبيعية اليوم وما إذا كان من الممكن عمل تنبؤات دقيقة تمامًا في المستقبل متاحة بسهولة في مجلة العلوم الشعبية الأمريكية Discover. قامت T&P بتعديل المقال وترجمته.

كيف ينشأ الطقس

تتكون طبقة الغلاف الجوي للأرض بشكل أساسي من النيتروجين والأكسجين وبخار الماء. يتصرف هذا الهواء كسائل ويتدفق من مكان إلى آخر ، ويغير درجة الحرارة والرطوبة وغيرها من الخصائص. الطقس هو نتيجة ثانوية للغلاف الجوي الذي ينقل الحرارة من مكان إلى آخر.

الهواء البارد كثيف ولا يمكنه تحمل الكثير من الرطوبة ؛ يكون الهواء الأكثر دفئًا أقل كثافة ويمكنه استيعاب المزيد من الماء. عندما تتصادم مناطق من الهواء ذات درجات حرارة وكثافة مختلفة ، يحدث المطر عندما يتشكل الماء من الهواء الدافئ المبرد. قد يحدث ترسيب آخر. عندما يرتفع الهواء الرطب الدافئ إلى أعلى ، يبرد ويتكثف الماء على الجزيئات العالقة في الهواء. تصبح القطرات المتصاعدة أثقل ثم تسقط على الأرض.

يتشكل الإعصار عندما ترتفع درجة حرارة مياه البحر فوق 27 درجة مئوية وتتبخر بسرعة ، ويصبح الهواء فوق المحيط دافئًا ويرتفع. في مكانها ، تأتي تيارات من الهواء البارد ، والتي ترتفع أيضًا وتسخن. هذه الحركات تخلق رياحًا قوية ، ويتم تشكيل إعصار.

كيف تمت دراسة الظواهر الطبيعية من قبل

بدأت الملاحظات العلمية للطقس في عصر النهضة ، عندما تم اختراع أجهزة قياس الحرارة ومقاييس الحرارة. استخدم العلماء الأوروبيون القدماء مثل جاليليو هذه الأدوات لشرح ظاهرة الطقس.

لكن التنبؤات المبكرة كانت محدودة واستندت فقط إلى افتراض أن الماضي سيحدد السلوك المستقبلي.

يوضح بوب هينسون ، عالم الأرصاد الجوية ومؤلف كتاب Weather Underground: "إذا كانت هناك عاصفة اليوم في كانساس وفي اليوم التالي في ميسوري ، فيمكنك أن تقول أنها ستصل إلى إلينوي في اليوم التالي".

تعمل هذه الطريقة في ظل ظروف ثابتة - عندما تتحرك العاصفة تدريجيًا أو عندما لا يتغير المناخ المحلي كثيرًا من يوم لآخر (على سبيل المثال ، في جنوب كاليفورنيا).

ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة البسيطة لا تأخذ في الاعتبار الظروف المتغيرة: على سبيل المثال ، تتشكل العواصف بسرعة بسبب الحمل الحراري (حركة أحجام الهواء من ارتفاع إلى آخر ، بسبب قوة أرخميدس. - محرر). لحسن الحظ ، هناك طرق جديدة للتنبؤ بالطقس في عالم اليوم. لا يتم عمل التوقعات من قبل الأشخاص الذين يطلعون على الخرائط والارتفاعات والانخفاضات التي حدثت أمس ، بل يتم إجراؤها بواسطة الآلات.

أحدث توقعات الطقس

يستخدم خبراء الأرصاد الجوية التنبؤ العددي بالطقس عن طريق إدخال بيانات حول أحوال الطقس الحالية. ثم يتم معالجتها في نموذج الكمبيوتر. كلما تم إدخال معلومات أكثر صلة ودقة ، زادت دقة التوقعات. للحصول على هذه البيانات ، يتم استخدام أدوات مثل منطاد الطقس والطائرات والأقمار الصناعية وعوامات المحيط.

تقسم أنماط الطقس منطقة أو ولاية أو حتى الكرة الأرضية بأكملها إلى خلايا. حجمها يؤثر على دقة التنبؤ.يصعب على المستطيلات الكبيرة رؤية ما يحدث في المناطق الصغيرة ، لكنها تقدم صورة عامة لاتجاهات الطقس بمرور الوقت. هذا التوقع العام ضروري ، على سبيل المثال ، من أجل تحديد حركة العاصفة.

تسمح الخلايا الصغيرة ذات الدقة العالية بالتنبؤ خلال فترة زمنية أقصر - من يوم إلى يومين - وتغطي منطقة معينة فقط. قد تركز بعض النماذج على بيانات محددة مثل سرعة الرياح ودرجة الحرارة والرطوبة. لذلك ، يمكن أن يعطي نموذجان حاسوبيان نتائج مختلفة قليلاً حتى مع نفس الملاحظات الأولية بالضبط.

هل التنبؤات المثالية ممكنة؟

يقول شوماخر ، الأستاذ المساعد لعلوم الغلاف الجوي في جامعة ولاية كولورادو: "النماذج الحاسوبية كافية للتنبؤات الجوية اليومية ، لذا لن يضيف خبراء الأرصاد الجوية الكثير هنا". - لكن هذا لا يعني أنه ليس هناك حاجة للناس على الإطلاق. يمكن للمتنبئ التعرف على عدم الدقة في البيانات التي يتم إنتاجها بواسطة نظام الكمبيوتر ".

يقول مات كولش ، عالم الأرصاد الجوية المائية في مؤسسة أبحاث الغلاف الجوي بالجامعة في بولدر ، إن التنبؤ بهطول الأمطار أصعب بكثير من التنبؤ بدرجة الحرارة.

"درجة الحرارة هي مجال مستمر ، فهي في كل مكان. التساقط حقل متقطع ، وقد تمطر أو تتساقط الثلوج في بعض الأماكن ، لكنها لن تتساقط على الإطلاق في أماكن أخرى ".

تؤثر ميزات المناظر الطبيعية في المنطقة ، مثل التلال والسواحل ، على هطول الأمطار ، ولا تأخذ نماذج الكمبيوتر هذا دائمًا في الاعتبار. يقول كولش إن هناك حاجة إلى عالم أرصاد جوية لإجراء تنبؤات لمدة 24 إلى 36 ساعة. يعد توقع المواقف عالية التأثير مثل الأعاصير والأعاصير والفيضانات أكثر صعوبة ويتطلب موارد بشرية وأنظمة كمبيوتر.

منذ الخمسينيات من القرن الماضي ، أصبحت أجهزة الكمبيوتر السريعة تنبؤات أكثر وأكثر دقة. توقعات اليوم لخمسة أيام دقيقة في حوالي 90٪ من الوقت ، وفقًا للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي.

تبين أن توقعات السبعة أيام صحيحة 80٪ من الوقت ، والتنبؤ لمدة 10 أيام 50٪

اليوم ، يُعد توقع حدوث إعصار مدته خمسة أيام أكثر موثوقية من التنبؤ بأربعة أيام في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، والتنبؤات لمدة ثلاثة أيام في التسعينيات. ووجدت ورقة بحثية نُشرت في مجلة Nature عام 2015 أن التنبؤات لمدة ثلاثة إلى عشرة أيام تحسنت بنحو يوم واحد في عقد من الزمان ، مما يعني أن التنبؤ الحالي لمدة ستة أيام يعد دقيقًا مثل توقعات الأيام الخمسة قبل 10 سنوات.

لسوء الحظ ، فإن التحولات المناخية الرئيسية تعقد عملية التنبؤ. هناك مزحة مفادها أن فراشة ترفرف في هونغ كونغ يمكن أن تغير الطقس في نيويورك. تم طرح هذه الفكرة في عام 1972 من قبل عالم الرياضيات والأرصاد الجوية إدوارد لورنز. "تأثير الفراشة" هو أن التغييرات الصغيرة يمكن أن يكون لها تأثير كبير على تطوير النظام بأكمله.

في الممارسة العملية ، هذا يعني أن نموذج كمبيوتر واحد ، يعمل أكثر من مرة ، حتى مع أصغر الاختلافات في الظروف الحالية ، يمكن أن يعطي تنبؤات مختلفة. لهذا السبب ، فإن حد التنبؤ المحتمل هو حوالي 14 يومًا ، كما يقول بوب هينسون.

يقول هينسون: "قال لورنز أساسًا إنه من المستحيل التنبؤ بأنماط الطقس لأكثر من أسبوعين ، لأن أجنحة الفراشة الصغيرة هذه وأشياء صغيرة أخرى لا حصر لها ستؤدي إلى تغييرات كبيرة".

عالم الأرصاد الجوية جودت واثق من أن البشرية لا يمكنها أبدًا توقع حدوث عاصفة رعدية قبل أكثر من ساعتين ، بغض النظر عن مدى جودة الملاحظات.

يقول: "بالنسبة للأعاصير والعواصف التي تكون أقوى بكثير (وبالتالي يسهل اكتشافها مسبقًا) ، يمكن أن تمتد الفترة من أسبوعين إلى ثلاثة أسابيع".

عند إجراء التنبؤ ، يضع علماء الأرصاد الجوية في اعتبارهم حالات عدم اليقين باستخدام نموذج رياضي عدة مرات. في الوقت نفسه ، ستعطي نتيجة مختلفة قليلاً ، لكن معظمها سيكون متشابهًا.الأكثر شيوعًا ستكون النتيجة النهائية.