Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Geologi

Sådan fungerer meteorologi

Hvordan påvirker vejrforholdene dit daglige liv? For nogle mennesker er det ikke kun et spørgsmål om at komme igennem trafikken, men at overleve. Se flere stormbilleder. Ed Pritchard/Photographer's Choice/Getty Images

Forestil dig et øjeblik, at du ikke var et menneske, der læste en internetartikel og i stedet var en loppe - og ikke en hvilken som helst loppe, men en loppe, der levede hele sit liv i en grizzlybjørns pels. Givet et så fjendtligt miljø, ville du være nødt til at finde et par fakta for at holde dig i live. Hvor kradser eller bider bjørnen oftest? Hvornår sover den? Hvor er det bedste blod? Hvor voldsomt er den gået efter sine parasitter i fortiden, og hvordan kan den opføre sig i fremtiden? Hvis dette lyder som en stressende tilværelse, skal du bare overveje bjørnen i et miljø, vi lever i hver dag.

Mennesker laver deres hjem i det yderste område af jordskorpen, et 5,5-quadrillion-ton (4,99-quadrillion-metrisk-ton) lag af gasser, vi kalder atmosfæren. Ligesom med vores eksemplariske loppe afhænger vores liv af præcis, hvordan omgivelserne omkring os opfører sig. I sine tammere øjeblikke plejer vejret vores afgrøder, giver os ren luft at trække vejret og giver generelt behagelige omgivelser. Men når det er værst, leverer atmosfæren, som er dækket i dybden i How Weather Works, dødelig frost, brændende varme, ødelæggende oversvømmelser og storme, der er i stand til at lægge hele byer til spilde. Ligesom enhver overlevelseskyndig parasit betaler det sig at vide, hvad din vært er forpligtet til at gøre næste gang.

Hvis du nogensinde har hastet afsted til skole eller arbejde om morgenen uden først at tjekke vejrudsigten, har du sandsynligvis ikke oplevet, hvad der svarer til at blive raket med en bjørneklo. Måske gled du i sneen, eller pendlingen var lidt træg, men nåja, ikke? I slutningen af ​​dagen vil du sandsynligvis stadig spise en varm middag i et varmt hjem.

Vores liv har dog ikke altid været så vejrbestandigt. I udviklingslande og barske miljøer afhænger den daglige overlevelse stadig af Moder Natur. På trods af moderne sikkerhedsforanstaltninger mod tørke og oversvømmelser kan vejret stadig skade fødevare- og vandforsyningen selv i de mest avancerede nationer. Men i den antikke verden gjorde evnen til at bruge tidligere og nuværende observationer til at forudsige vejrmønstre dig til mere end en vejrmand - den gjorde dig til en shaman, en profet og endda en leder. I dag, meteorologer forstærke observationer med moderne teknologi, fysik og statistik for at udføre en ikke mindre vital tjeneste, men vi betragter dem ikke nødvendigvis som profeter.

I denne artikel vil vi undersøge meteorologi , den videnskabelige undersøgelse af atmosfæren og de utallige fænomener, der holder den konstant hvirvlende og rasende overalt omkring os.

Indhold
  1. Fortidens vejr:At stole på dyr, planter og lokal viden
  2. Nutidens vejr:barometre, termometre og hygrometre
  3. Fremtidens vejr:Numeriske vejrudsigelsesmodeller

Fortidens vejr:At stole på dyr, planter og lokal viden

Tidlige mennesker observerede lokale dyr og vegetation for at hjælpe dem med at bestemme vejret. Hvem har brug for Al Roker, når du har trækfugle? Burazin/Photographer's Choice/Getty Images

Mønstergenkendelse er en af ​​intelligensens nøgleegenskaber. Din hund ved, at hun vil få en godbid, hvis hun laver et trick, fordi du altid fodrer hende, når hun vælter. Du ved, at din tante sandsynligvis vil give dig pyjamas til jul, fordi dit skab er fyldt med hæslige, plaid pyjamas. Vores sind lærer og handler ud fra de mønstre, vi opfatter overalt omkring os. Ved at vide, hvad der kom før, ved vi, hvad fremtiden vil bringe.

Tidlige mennesker observerede mønstre i vejret og lærte at forudse ændringer, der påvirkede deres fødeforsyning og velvære. De skabte navne til årstiderne og endda former for kalendere for at guide deres vandringer og senere deres afgrøders vækstcyklusser. Folk vidste, hvad vejret ville være baseret på deres egne kumulative oplevelser, såvel som dem, der blev givet videre til dem af deres forfædre. For eksempel bærer visse australske aboriginalstammer med sig 18.000 generationer af lokale vejrobservationer [kilde:BBC]. Uden for deres territorium forsvinder deres viden gradvist, men deres forståelse af vejret inkorporerer en masse lokale detaljer. En stamme kan genkende så få som to eller så mange som seks årstider, afhængigt af lokal nedbør og temperaturfaktorer.

Tidlige mennesker vidste, at kølende temperaturer betød vinterens komme. De kendte de seværdigheder og lugte, der gik forud for et regnvejr. Og hvor deres egne sanser svigtede dem, henvendte de sig til dem i naturen:livscyklusserne for forskellige vegetationer og migrationen af ​​andre dyr. Derudover er mange dyrearter langt mere tilpasset ændringer i luft- og vandtryk, der ofte signalerer storme og andre atmosfæriske ændringer.

Længe før mennesker opfandt enheder til at måle disse forhold, kiggede de simpelthen mod himlen og markerne. Dyr genkendte subtile mønstre i atmosfæren, og vi genkendte mønstre i deres responsive adfærd. Disse traditioner fortsætter den dag i dag på siderne af Den Gamle Landmands Almanak og med praksis som Groundhog Day. For at lære mere om dyr og vejr, læs Kan dyr forudsige vejret?

At følge vejret i en region eller et stammeterritorium er én ting, men at kortlægge atmosfæriske mønstre på globalt plan er en helt anden opgave. I løbet af de sidste par århundreder, synoptisk meteorologi , eller ideen om en omfattende kortlægning af vejret over et stort område, er opstået. Ved at sammenligne samtidige vejrforhold i tilstødende områder var forskerne i stand til bedre at forstå de fremherskende forhold over et større område og levere den slags vejrkort, vi ser på tv og internettet hver dag.

Hvordan registrerer meteorologer de aktuelle vejrforhold? Læs næste side for at finde ud af, hvordan vi går frem for at bestemme, hvad vores vejr gør lige nu.

Nutidens vejr:Barometre, termometre og hygrometre

En videnskabsmand tjekker lokale forhold på en vejrstation i Arizona. Bennett Barthelemy/Aurora/Getty Images

Du har sikkert hørt ordsproget "for mange kokke ødelægger bouillonen", højst sandsynligt med henvisning til et album, forretningsforetagende eller endda et sportshold. Det betyder, at når for mange mennesker arbejder på et projekt, er resultaterne ofte forvirrende, glansløse eller simpelthen forfærdelige. På en måde er atmosfæren en bouillon, der røres af alt for mange kokke:tyngdekraft, sollys, rotation, modstridende trykzoner, kølige oceaner, varme ørkener, bjergkæder og kolossale luftstrømme, for blot at nævne nogle få. Disse kræfter får konstant atmosfæren til at bevæge sig, og bare det at finde ud af, hvad den laver på et givet sekund, kræver en hel del undersøgelse og observation.

Tre af de vigtigste atmosfæriske egenskaber er lufttryk , lufttemperatur og fugtighed . For virkelig at forstå, hvad der foregår, skal du være i stand til at måle disse forhold. Af denne grund dukkede meteorologi ikke rigtig op som en videnskab før barometerets opfindelser fra det 17. århundrede. , som måler lufttryk og et pålideligt termometer , som måler temperaturen. Før 1600-tallet sluttede, udviklede videnskabsmænd også pålidelige hygrometre at måle luftfugtighed. Disse instrumenter, sammen med regnmålere, muliggjorde forbedret landbrugsplanlægning og sørejser.

Men for at få et virkelig synoptisk overblik over de aktuelle vejrforhold, har du brug for en måde at kommunikere med andre observatører i andre regioner på. Opfindelsen af ​​telegrafen fra 1837 gjorde dette muligt. Ved midten af ​​det 19. århundrede var meteorologer på forskellige vejrstationer i stand til at kommunikere hurtigt med hinanden og samle det store billede.

Mod slutningen af ​​det 19. århundrede brugte meteorologer vejrballoner til at studere den øvre atmosfære. Derved gjorde de afgørende opdagelser om det øvre lufttryk og vindmønstre. Herigennem var meteorologer i stand til at opdage rollen lavtryk centre lege i vejret. Du har sikkert set disse centre udpeget på et kort i vejrudsigter. Kølere, tættere luft spiraler ind i varmere områder med lavt tryk fra de omkringliggende regioner. Dette presser til gengæld den varme luft op i den øvre atmosfære, hvor luften spiraler ud i alle retninger. Disse formationer kaldes cykloner (ikke at forveksle med orkaner og tyfoner , som kaldes cykloner i nogle regioner).

Men denne stigning i luften sker ikke kun ved lavtrykscentre. Det sker også, når to luftmasser møde hinanden i en front . I begge tilfælde danner forhøjet luft ofte skyer og stormsystemer. Med disse opdagelser var meteorologerne bedre forberedt til at forudsige vejret. De lavede ikke kun uddannede gæt baseret blot på mønstergenkendelse; de forstod, hvordan atmosfæren fungerer.

I det 20. århundrede gjorde fremskridt inden for luftfart det muligt for os bedre at studere den øvre atmosfære, og ny radioteknologi gjorde det muligt for meteorologer at sende følsomt udstyr op med balloner til store højder - en praksis, der fortsætter i dag. På samme måde kommunikerede radiovejrbøjer tilbageforhold til søs, herunder vandtemperatur, vindhastighed og bølgehøjde. Efter Anden Verdenskrig begyndte videnskabsmænd at bruge radar at studere vejret, da teknologien gjorde det muligt at opdage nedbør udover fly.

I 1960 føjede endnu et fremskridt til vores evne til at observere og måle Jordens atmosfære:vejrsatellitten. Ved at placere disse automatiserede observatorier i nord-til-syd polære baner og øst-til-vest geostationære baner , var mennesker i stand til at se deres atmosfære udefra og observere stormsystemer fra et virkelig synoptisk udsigtspunkt. Vejrsatellitter giver mere end blot et udenjordisk syn på vejret; de har også sensorer til at måle temperatur, fugt og solstråling.

Det er én ting at vide, hvad der sker nu, men hvordan transformerer meteorologer alle disse data til en idé om, hvad morgendagens vejr vil bringe? Læs næste side for at finde ud af det.

Fremtidens vejr:Numeriske vejrudsigelsesmodeller

En meteorolog ved National Hurricane Tracking Center i Miami studerer bevægelserne af et kraftigt stormsystem i et forsøg på at forudsige dens bevægelser. Joe Raedle/Getty Images News/Getty Images

Moderne teknologi giver meteorologer en hidtil uset forståelse af Jordens atmosfære og et fremragende udsigtspunkt, hvorfra de kan observere dens vejr. Men hvordan omsætter meteorologer dette til en rimelig forudsigelse af, hvad vejret vil fortsætte med at gøre?

I stedet for blot at se på nuværende forhold og estimere baseret på tidligere observationer, opretter meteorologer numeriske vejrudsigelsesmodeller (NWP) . Disse modeller er objektive, fysikbaserede beregninger, som, når de behandles gennem en computer, forudsiger, hvordan det nuværende vejr vil se ud i fremtiden. Ligningerne involveret i disse modeller er komplekse og involverer flere atmosfæriske variabler. Disse variabler giver plads til fejl, så jo længere ude meteorologer forsøger at spå, jo større er potentialet for fejl.

Se på enhver vejrudsigt time for time:Hver times vejrudsigt er et skridt ind i den mulige fremtid. En indledende prognose (såsom hvordan vejret bliver en time fra nu) er resultatet af at køre en computermodel baseret på, hvad vejret gør nu. Derefter, for at køre en model af, hvad vejret vil gøre om to timer, anvender du de forskellige ligninger på den model, der kom før den. Så mens den første prognose var baseret på faktiske forhold, var den anden baseret på forudsagte forhold, der kunne have været mindre end nøjagtige. Hver efterfølgende prognose forværrer muligheden for fejl. Af denne grund bliver NWP-modeller mere og mere fejlbehæftede, jo længere frem du prøver at se.

Meteorologer har støt forbedret NWP-modeller siden 1980'erne. Ved konstant at justere dem, har de skabt mere nøjagtige ligninger med færre fejl. En anden teknik kaldet Model Output Statistics , forbedrer vejrudsigterne ved at tage NWP-modellen, som er baseret på nuværende forhold, og ekstrapolere den ved at sammenligne den med tidligere overfladeforhold for en bestemt region. Denne metode bruger i det væsentlige tidligere vejraflæsninger til at afbalancere nogle af de fejl, der er iboende i en NWP-model.

På trods af fortsatte fremskridt inden for meteorologi, forvent ikke en fejlfri vejrudsigt på et tidspunkt. Når man overvejer de mange variabler i en NWP-model, er det vigtigt at indse, hvor stor forskel selv en lille uoverensstemmelse kan gøre. I 1961, meteorolog og kaosteori grundlæggeren Edward N. Lorenz kiggede nærmere på de drastisk forskellige modeller, en forskel på en enkelt decimal kunne gøre. Baseret på disse fund opfandt Lorenz udtrykket sommerfugleeffekt , hvori spørgsmålet stilles:"Styrker klappen af ​​en sommerfugls vinger i Brasilien en tornado i Texas?"

Men mens forudsigelse af vejret er langt fra fejlfri, har meteorologi reddet utallige liv ved at give videnskabsmænd mulighed for at forudsige, hvor ødelæggende vejr vil ramme og advare folk på forhånd. Din fem-dages prognose er måske ikke perfekt, men det er vores forståelse af den komplekse række af bevægelser, der fylder den atmosfære, vi lever i, heller ikke.

Udforsk linkene på næste side for at lære mere om vejret.

Vejrmænd vs. Meteorologer

Hvad er forskellen mellem et tv-vejranker og en meteorolog? Mens en meteorolog er en videnskabsmand, der har opnået en grad i meteorologi eller atmosfæriske videnskaber, er de tv-vejrankere, du ser dagligt, ikke nødvendigvis videnskabsmænd. Faktisk er hverken Willard Scott eller Al Roker meteorologer, på trods af at de har lavet deres navne foran et vejrkort.

Ofte besvarede spørgsmål

Hvad er den fulde betydning af meteorologi?
Studiet af atmosfæren og dens fænomener, herunder vejr og klima.

Mange flere oplysninger

Relaterede artikler

  • Sådan fungerer vejret
  • Sådan fungerer vejrvarsler
  • Sådan fungerer orkaner
  • Sådan fungerer tornadoer
  • Sådan fungerer skyer
  • Sådan fungerer jorden
  • Sådan fungerer solen
  • Sådan fungerer Storm Chasers
  • 5 mest ødelæggende storme
  • Hvad hvis der ikke var nogen tyngdekraft på Jorden?
  • Hvorfor ville nogen flyve et fly ind i en orkan?

Flere gode links

  • BBC World Weather Center
  • National Weather Service
  • The Weather Channel

Kilder

  • "Al Roker:The Weather-Man For All Seasons." The Black Collegian Magazine. 2005. (20. september 2008)http://www.black-collegian.com/issues/2ndsem06/roker2006-2nd.shtml
  • "Atmosfære." Britannica Student Encyclopædia. 2008. (5. august 2008)http://student.britannica.com/comptons/article-196868/atmosphere
  • Chang, Kenneth. "Edward N. Lorenz, en meteorolog og en far til kaosteori, dør som 90-årig." New York Times. 17. april 2008. (25. september 2008) http://www.nytimes.com/2008/04/17/us/17lorenz.html?_r=1&scp=1&sq=edward%20lorenz&st=cse&oref=slogin
  • "Atmosfærens udvikling." Britannica Online Encyclopædia. 2008. (8. august 2008)http://www.britannica.com/EBchecked/topic/1424734/evolution-of-the-atmosphere
  • "Historie om vejrobservationsværktøjer." Vejrhytte. 2008 (25. september 2008)http://www.weathershack.com/education/history-of-weather-observing-tools.html
  • "Oprindelig meteorologi." BBC Vejret. (23. september 2008)http://www.bbc.co.uk/weather/features/health_cultureindigenous_meteorology.shtml
  • "Interview med Willard Scott." CNN Larry King Live. 21. maj 2003. (30. september 2008)http://transcripts.cnn.com/TRANSCRIPTS/0305/21/lkl.00.html
  • "Jetstream." Britannica Online Encyclopædia. 2008. (8. august 2008)http://www.britannica.com/EBchecked/topic/303269/jet-stream
  • "Lyn." Britannica Online Encyclopædia. 2008. (8. august 2008)http://www.britannica.com/EBchecked/topic/340767/lightning#default
  • "Statistik for modeloutput." American Meteorological Society Glossary of Meteorology. (25. september 2008)http://amsglossary.allenpress.com/glossary/search?id=model-output-statistics1
  • "Numerisk modellering." Met Office. (25. september 2008)http://www.metoffice.gov.uk/research/nwp/numerical/
  • Reynolds, Ross. "Cambridge Vejledning til Vejret." Cambridge University Press. 2000.
  • Ruddiman, William F. "Plove, pester og petroleum:Hvordan mennesker tog kontrol over klimaet." Princeton University Press. 2005.
  • Tarbuck, Edward og Frederick Lutgens. "Earth Science:Eleventh Edition." Pearson Prentice Hall. 2006.
  • Tandmand, Jessika. "Sådan fungerer skyer." HowStuffWorks.com. 5. maj 2008. (8. august 2008)https://science.howstuffworks.com/cloud.htm
  • Vogt, Gregory L. "The Atmosphere:Planetary Heat Engine." Det 21. århundredes bøger. 2007.
  • "Vejrudsigt." Britannica Student Encyclopædia. 2008. (25. september 2008)http://www.britannica.com/EBchecked/topic/638321/weather-forecasting
  • Wilson, Tracy V. "Sådan fungerer jorden." HowStuffWorks.com. 21. april 2006. (8. august 2008)https://science.howstuffworks.com/Earth.htm



Sidste artikel

Næste artikel

Varme artikler
Sprog: French | Italian | Spanish | Portuguese | Swedish | German | Dutch | Danish | Norway |

Videnskab © https://da.scienceaq.com