Hvorfor kan forskere ikke præcist forudsige vejret?

Mens de fleste forskere æres for at give mening om vores komplekse univers (Einstein er praktisk talt en helt), meteorologer bliver ofte latterliggjort. Hvordan kan vi sætte en person på månen eller forudsige planetjusteringer år i forvejen, men alligevel ikke formår at sammensætte præcise vejrudsigter?

Først, at give kredit, hvor kredit skyldes:Vejrudsigterne har forbedret deres spil betydeligt i løbet af de sidste 20 år. De tre dages prognoser, de leverer i dag, er bedre end de endagsprognoser, de leverede for 20 år siden. De er også meget bedre rustet til at give avancerede advarsler om hårdt vejr, fordobling af ledetiderne for tornadovarsler og giver folk ekstra 40 minutter til at undslippe oversvømmelser.

Moderne meteorologer ville ikke være så præcise uden numerisk prognose , som bruger matematiske ligninger til at forudsige vejret. Sådan prognose kræver kraftfulde computere og masser af observationsdata indsamlet fra land, hav og luft. En enkelt vejrstation ville aldrig kunne indsamle så mange oplysninger. I stedet, tusinder af stationer over hele kloden er knyttet og deres data samlet. Nogle af disse stationer-jordbaserede vindmålere (hvad meteorologer kalder vindmålere), regnsamlere og temperatursensorer - ligner dem, der bruges af amatørvejrere. Andre ligger langt ude på havet, spændt til bøjer. Og stadig andre rejser på kommercielle fly eller rederier, indsamling af vejrdata, når passagerer og gods flyttes fra punkt A til punkt B. Endelig vejrsatellitter og balloner giver information fra atmosfærens øvre områder. Satellitter fotograferer Jordens vejr fra deres bane i rummet, mens balloner overvåger data fra luften over et bestemt sted.

I fællesskab, alle disse sensorer og målere producerer mere end 1 million vejrrelaterede observationer hver dag. En normal computer - den slags du køber i din lokale elektronikbutik - ville kvæle med alle disse data. Heldigvis meteorologer kan stole på supercomputere, vanvittige hurtige maskiner, der udfører millioner af beregninger i sekundet. I USA, disse computere er placeret på National Centers for Environmental Prediction (NCEP), placeret i Camp Springs, Md. Der, vejrobservationer strømmer ind i en supercomputers hjerne, som bruger komplekse matematiske modeller til at forudsige hvordan, baseret på de indgående data, vejrforholdene kan ændre sig over tid. Computerens output danner grundlaget for næsten alle prognoser, der udsendes på radio- og tv -kanaler i hele Amerika.

Delvis overskyet med risiko for kaos

Du tror måske, at National Centers for Environmental Prediction's supercomputere aldrig kunne begå fejl, men selv deres evner klarer ikke den enorme udfordring ved vejrudsigter. Det er fordi de skal tage højde for flere store fænomener, som hver er styret af flere variabler og faktorer. For eksempel, de skal overveje, hvordan solen vil opvarme Jordens overflade, hvordan lufttrykforskelle vil danne vinde, og hvordan vandskiftende faser (fra is til vand eller vand til damp) vil påvirke energistrømmen. De skal endda prøve at beregne virkningerne af planetens rotation i rummet, som bevæger Jordens overflade under atmosfæren. Små ændringer i en variabel i en af ​​disse komplekse beregninger kan have stor indflydelse på fremtidens vejr.

I 1960'erne, en MIT -meteorolog ved navn Edward Lorenz kom med en passende beskrivelse af dette problem. Han kaldte det Sommerfugle effekt , med henvisning til, hvordan en sommerfugl, der slog med vingerne i Asien, drastisk kunne ændre vejret i New York City. I dag, Lorenz er kendt som far til kaosteori , et sæt videnskabelige principper, der beskriver meget komplekse systemer, såsom vejrsystemer, hvor små ændringer i indledende forhold radikalt ændrer de endelige resultater. På grund af kaos, der er en grænse for, hvor præcise vejrudsigter kan være. Lorenz satte denne grænse til to uger.

Moderne meteorologer bruger topmoderne teknologi og teknikker til at dæmme kaos, som f.eks ensembleprognose , som består af flere prognoser, hver baseret på lidt forskellige udgangspunkt. Hvis hver forudsigelse i ensemblet ser ens ud, så vil vejret sandsynligvis "opføre sig". Hvis en forudsigelse ser radikalt anderledes ud, så er vejret mere tilbøjeligt til at "opføre sig forkert".

Meteorologer er også afhængige af Doppler -radar for mere effektivt at overvåge vejrforholdene og forbedre prognoser. Doppler radar kræver, at en sender udsender radiobølger til himlen. Bølgerne rammer atmosfæriske genstande og hopper tilbage. Skyer, der bevæger sig væk fra senderen, returnerer forskellige slags bølger end skyer, der bevæger sig mod senderen. En computer i radaren konverterer data om de reflekterede radiobølger til billeder, der viser skyens dækning og nedbørsbånd, samt vindhastigheder og retning.

På grund af denne teknologi, meteorologer kan nu forudsige vejret bedre end nogensinde, især når de begrænser, hvor langt de kigger ind i fremtiden. For eksempel, op til 12 timer ude, meteorologer tilbyder forholdsvis pålidelige prognoser for generelle forhold og tendenser. Desværre, takket være kaos, de vil aldrig være i stand til at forudsige vejret med absolut sikkerhed, det er sådan overraskelse stormer - tornadoer og voldsomme, oversvømmelsesregn - fortsæt med at ødelægge samfund med lidt advarsel. Af denne grund, det kan være bedst at have en paraply med, selv på dage, der forventes at være lyse og solrige.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Sådan fungerer vejret Sådan fungerer meteorologi
• Sådan fungerer Storm Chasers
• Bliver USA en ørken om 50 år?
• Hvad hvis jeg blev ramt af lyn?
• Hvor langt i forvejen skal jeg kontrollere vejrudsigten?
• Kan dyr forudsige vejret?
• Hvordan påvirker træer vejret?

Flere store links

• National Weather Service
• Edward Lorenz:New York Times Nekrolog

Kilder

• Farvestof, Lee. "Kan vi kontrollere vejret? Måske." ABC Nyheder. 3. august, 2005 (29. juni, 2010) http://abcnews.go.com/Technology/DyeHard/story?id=1001079&page=1
• Monastersky, Richard. "Prognoser er ingen picnic." Scientific American præsenterer vejret:hvad vi kan og ikke kan gøre ved det. Forår 2000.
• Rosenfeld, Jeffrey. "Sommerfuglen der brølede." Scientific American præsenterer vejret:hvad vi kan og ikke kan gøre ved det. Forår 2000.
• Williams, Jack. Vejrbogen. Vintage bøger, 1997.