Hur uppstår vädret och hur exakt kan du förutsäga det?

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

Prognosmakare lovar en solig dag, och utanför fönstret - en snöstorm. Felaktiga prognoser är förknippade med både snabbt föränderliga miljöförhållanden och globala klimatförändringar. Ändå har moderna meteorologer gjort ett genombrott inom prognos, idag används matematiska algoritmer för detta, nya metoder och verktyg skapas för att studera aktuella väderförhållanden.

Hur naturfenomen studeras idag och om det är möjligt att göra helt korrekta prognoser i framtiden fanns lättillgängligt i den amerikanska populärvetenskapliga tidskriften Discover. T&P anpassade artikeln och översatte den.

Hur uppstår vädret

Jordens atmosfäriska lager består främst av kväve, syre och vattenånga. Denna luft beter sig som en vätska och, som strömmar från en plats till en annan, ändrar temperatur, luftfuktighet och andra egenskaper. Vädret är en biprodukt av atmosfären, som transporterar värme från en plats till en annan.

Svalare luft är tät och kan inte hålla mycket fukt; varmare luft är mindre tät och kan hålla mer vatten. När luftområden med olika temperatur och densitet kolliderar uppstår regn när vatten bildas från den kylda varma luften. Annan nederbörd kan förekomma. När den varma, fuktiga luften stiger uppåt svalnar den och vattnet kondenserar på partiklar som svävar i luften. Stigande droppar blir tyngre och faller sedan till jorden.

En orkan bildas när havsvatten värms över 27 ℃ och avdunstar snabbt, och luften över havet blir varm och stiger. I dess ställe kommer strömmar av kall luft, som också värms upp och stiger. Dessa rörelser skapar starka vindar, en orkan bildas.

Hur naturfenomen studerades tidigare

Vetenskapliga väderobservationer började under renässansen, då barometrar och termometrar uppfanns. Forntida europeiska forskare som Galileo använde dessa verktyg för att förklara väderfenomen.

Men tidiga förutsägelser var begränsade och baserade endast på antagandet att det förflutna skulle avgöra framtida beteende.

"Om det är en storm idag i Kansas och nästa dag i Missouri, kan du säga att den kommer till Illinois nästa dag", förklarar Bob Henson, meteorolog och författare till Weather Underground.

Denna metod fungerar under konstanta förhållanden - när stormen gradvis rör sig eller när det lokala klimatet inte förändras mycket från dag till dag (till exempel i södra Kalifornien).

Denna enkla metod tar dock inte hänsyn till förändrade förhållanden: till exempel bildas stormar snabbt på grund av konvektion (förflyttning av luftvolymer från en höjd till en annan, på grund av den arkimedeiska kraften. - Red.). Lyckligtvis finns det nya sätt att förutsäga vädret i dagens värld. Prognoser görs inte av människor som tittar på kartorna och gårdagens toppar och dalar, de görs av maskiner.

Aktuella väderprognoser

Meteorologer använder numeriska väderprognoser genom att ange data om aktuella väderförhållanden. Sedan bearbetas de i en datormodell. Ju mer relevant och korrekt information som anges, desto mer exakt blir prognosen. För att få fram dessa data används instrument som en väderballong, flygplan, satelliter och havsbojar.

Vädermönster delar upp en region, stat eller till och med hela jordklotet i celler. Deras storlek påverkar noggrannheten i prognosen. Stora rektanglar är svårare att se vad som händer i små områden, men de ger en helhetsbild av vädertrender över tid. Denna allmänna prognos är till exempel nödvändig för att bestämma en storms rörelse.

Små celler med högre upplösning tillåter prognoser över en kortare tidsperiod - en till två dagar - och täcker bara ett specifikt område. Vissa modeller kan fokusera på specifika data som vindhastighet, temperatur och luftfuktighet. Därför kan två datormodeller ge lite olika resultat även med exakt samma initiala observationer.

Är perfekta förutsägelser möjliga?

"Datormodeller är tillräckliga för dagliga väderprognoser, så meteorologer kommer inte att lägga till mycket här", säger Schumacher, biträdande professor i atmosfärsvetenskap vid Colorado State University. – Men det betyder inte att folk inte behövs alls. Prognosmakaren kan känna igen felaktigheter i data som återges av datorsystemet."

Nederbörd är mycket svårare att förutsäga än temperatur, säger Matt Kölsch, hydrometeorolog vid universitetets Atmospheric Research Corporation i Boulder.

"Temperaturen är ett kontinuerligt fält, det finns överallt. Nederbörd är ett intermittent fält, på vissa ställen kan det regna eller snöa, men på andra kommer det inte att vara det alls."

Landskapsdragen i området, såsom kullar, kustlinjer, påverkar nederbörden och datormodeller tar inte alltid hänsyn till detta. Kölsch säger att det behövs en meteorolog för att göra prognoser för 24 till 36 timmar. Att förutse situationer med stor påverkan som orkaner, tornados och översvämningar är mer utmanande och kräver både mänskliga resurser och datorsystem.

Sedan 1950-talet har snabba datorer blivit mer och mer exakta förutsägelser. Dagens femdagarsprognos är korrekt omkring 90 % av tiden, enligt National Oceanic and Atmospheric Administration.

7-dagarsprognosen visar sig vara korrekt 80 % av gångerna och 10-dagarsprognosen 50 %

Idag är en femdagarsprognos mer tillförlitlig än en fyradagarsprognos i början av 2000-talet och en tredagarsprognos på 1990-talet. Och en Nature-tidning från 2015 fann att prognoser för tre till tio dagar förbättrades med ungefär en dag på ett decennium, vilket betyder att den nuvarande sexdagarsprognosen är lika exakt som femdagarsprognosen för 10 år sedan.

Tyvärr försvårar stora klimatförändringar prognosprocessen. Det finns ett skämt om att en fjäril som flaxar i Hong Kong kan förändra vädret i New York. Denna idé lades fram 1972 av matematikern och meteorologen Edward Lorenz. "Fjärilseffekten" är att små förändringar kan ha en enorm inverkan på utvecklingen av hela systemet.

I praktiken innebär detta att en datormodell, som körs mer än en gång, även med de minsta skillnaderna i nuvarande förhållanden, kan ge olika förutsägelser. På grund av detta är den potentiella prognosgränsen runt 14 dagar, säger Bob Henson.

"Lorenz sa i princip att det är omöjligt att förutsäga vädermönstren i mer än två veckor, eftersom dessa små fjärilsvingar och otaliga andra små saker kommer att leda till stora förändringar", säger Henson.

Meteorologen Judt är säker på att mänskligheten aldrig kan förutse ett åskväder mer än ett par timmar i förväg, hur bra observationerna än är.

"För orkaner och stormar som är mycket starkare (och därför lättare att upptäcka i förväg), kan perioden vara två till tre veckor", säger han.

När man gör en prognos tar meteorologer hänsyn till osäkerheter genom att använda en matematisk modell flera gånger. Samtidigt kommer det att ge ett lite annorlunda resultat, men de flesta kommer att vara lika. De vanligaste blir det slutliga resultatet.