Ako počasie vzniká a ako presne ho viete predpovedať?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

Meteorológovia sľubujú slnečný deň a za oknom snehová búrka. Nepresnosti v predpovediach sú spojené s rýchlo sa meniacimi podmienkami prostredia a globálnymi klimatickými transformáciami. Moderní meteorológovia však urobili prelom v predpovediach, dnes sa na to používajú matematické algoritmy, vznikajú nové metódy a nástroje na štúdium aktuálnych poveternostných podmienok.

Ako sa dnes skúmajú prírodné javy a či je možné v budúcnosti robiť dokonale presné predpovede, bolo ľahko dostupné v americkom vedecko-populárnom časopise Discover. T&P upravila článok a preložila ho.

Ako vzniká počasie

Atmosférická vrstva Zeme sa skladá predovšetkým z dusíka, kyslíka a vodnej pary. Tento vzduch sa správa ako kvapalina a pri prúdení z jedného miesta na druhé mení teplotu, vlhkosť a ďalšie vlastnosti. Počasie je vedľajším produktom atmosféry, ktorá prenáša teplo z jedného miesta na druhé.

Chladnejší vzduch je hustý a nedokáže udržať veľa vlhkosti; teplejší vzduch je menej hustý a pojme viac vody. Keď sa zrazia oblasti vzduchu s rôznou teplotou a hustotou, dochádza k dažďu, pretože voda vzniká z ochladeného teplého vzduchu. Môžu sa vyskytnúť aj iné zrážky. Keď teplý, vlhký vzduch stúpa nahor, ochladzuje sa a voda kondenzuje na časticiach suspendovaných vo vzduchu. Stúpajúce kvapôčky sa stávajú ťažšími a následne padajú na Zem.

Hurikán vzniká, keď sa morská voda zahreje nad 27 ℃ a rýchlo sa vyparí a vzduch nad oceánom sa ohreje a stúpa. Na jeho miesto prichádzajú prúdy studeného vzduchu, ktoré sa aj ohrievajú a stúpajú. Tieto pohyby vytvárajú silný vietor, vytvára sa hurikán.

Ako sa predtým študovali prírodné javy

Vedecké pozorovania počasia sa začali v renesancii, keď boli vynájdené barometre a teplomery. Starovekí európski učenci ako Galileo používali tieto nástroje na vysvetlenie javov počasia.

Ale skoré predpovede boli obmedzené a založené len na predpoklade, že minulosť určí budúce správanie.

„Ak je dnes búrka v Kansase a na druhý deň v Missouri, môžete povedať, že na ďalší deň príde do Illinois,“vysvetľuje Bob Henson, meteorológ a autor knihy Weather Underground.

Táto metóda funguje za stálych podmienok – keď sa búrka postupne presúva alebo keď sa miestna klíma zo dňa na deň príliš nemení (napríklad v južnej Kalifornii).

Táto jednoduchá metóda však neberie do úvahy meniace sa podmienky: napríklad búrky sa rýchlo tvoria v dôsledku konvekcie (presun objemov vzduchu z jednej nadmorskej výšky do druhej v dôsledku Archimedovej sily. - Ed.). Našťastie existujú nové spôsoby predpovedania počasia v dnešnom svete. Predpovede nerobia ľudia, ktorí sa pozerajú na mapy a včerajšie maximá a minimá, robia ich stroje.

Aktuálne predpovede počasia

Meteorológovia využívajú numerickú predpoveď počasia zadávaním údajov o aktuálnom počasí. Potom sú spracované v počítačovom modeli. Čím relevantnejšie a presnejšie informácie zadáte, tým presnejšia bude predpoveď. Na získanie týchto údajov sa používajú prístroje ako meteorologický balón, lietadlá, satelity a oceánske bóje.

Vzorce počasia rozdeľujú región, štát alebo dokonca celú zemeguľu na bunky. Ich veľkosť ovplyvňuje presnosť predpovede. Veľké obdĺžniky je ťažšie vidieť, čo sa deje v malých oblastiach, ale poskytujú celkový obraz o trendoch počasia v priebehu času. Táto všeobecná predpoveď je potrebná napríklad na určenie pohybu búrky.

Malé bunky s vyšším rozlíšením umožňujú predpovedať na kratšie časové obdobie – jeden až dva dni – a pokrývajú iba konkrétnu oblasť. Niektoré modely sa môžu zamerať na špecifické údaje, ako je rýchlosť vetra, teplota a vlhkosť. Preto dva počítačové modely môžu poskytnúť mierne odlišné výsledky aj pri úplne rovnakých počiatočných pozorovaniach.

Sú možné dokonalé predpovede?

„Počítačové modely sú dostatočné na každodenné predpovede počasia, takže tu meteorológovia veľa nepridajú,“hovorí Schumacher, odborný asistent atmosférických vied na Colorado State University. - To však neznamená, že ľudí vôbec netreba. Prognostik dokáže rozpoznať nepresnosti v údajoch reprodukovaných počítačovým systémom.

Zrážky sa predpovedajú oveľa ťažšie ako teplota, hovorí Matt Kölsch, hydrometeorológ z University's Atmospheric Research Corporation v Boulderi.

„Teplota je súvislé pole, je všade. Zrážky sú občasné pole, na niektorých miestach môže pršať alebo snežiť, ale inde nebude vôbec."

Krajinné prvky oblasti, ako sú kopce, pobrežia, ovplyvňujú zrážky a počítačové modely to nie vždy zohľadňujú. Kölsch hovorí, že na predpovede na 24 až 36 hodín je potrebný meteorológ. Predpovedanie situácií s veľkým vplyvom, ako sú hurikány, tornáda a záplavy, je náročnejšie a vyžaduje si ľudské zdroje aj počítačové systémy.

Od 50. rokov minulého storočia sa rýchle počítače stávajú čoraz presnejšími predpoveďami. Dnešná päťdňová predpoveď je podľa Národného úradu pre oceán a atmosféru presná asi v 90 % prípadov.

Predpoveď na 7 dní sa ukáže ako správna v 80 % prípadov a predpoveď na 10 dní v 50 % prípadov

Dnes je päťdňová predpoveď hurikánu spoľahlivejšia ako štvordňová predpoveď zo začiatku 21. storočia a trojdňová predpoveď z 90. rokov. A v časopise Nature z roku 2015 sa zistilo, že predpovede na tri až desať dní sa zlepšili asi o deň za desaťročie, čo znamená, že súčasná šesťdňová predpoveď je rovnako presná ako päťdňová predpoveď spred 10 rokov.

Bohužiaľ, veľké klimatické zmeny komplikujú proces prognózovania. Existuje vtip, že trepotanie motýľa v Hongkongu môže zmeniť počasie v New Yorku. Túto myšlienku predložil v roku 1972 matematik a meteorológ Edward Lorenz. „Motýlí efekt“spočíva v tom, že malé zmeny môžu mať obrovský vplyv na vývoj celého systému.

V praxi to znamená, že jeden počítačový model, spustený viackrát, aj pri najmenších rozdieloch v aktuálnych podmienkach, môže dávať rôzne predpovede. Z tohto dôvodu je potenciálny predpovedný limit približne 14 dní, hovorí Bob Henson.

"Lorenz v podstate povedal, že je nemožné predpovedať počasie na viac ako dva týždne, pretože tieto malé motýlie krídla a nespočetné množstvo ďalších maličkostí povedú k veľkým zmenám," hovorí Henson.

Meteorológ Judt je presvedčený, že ľudstvo nikdy nedokáže predpovedať búrku viac ako pár hodín vopred, bez ohľadu na to, aké dobré sú pozorovania.

„V prípade hurikánov a búrok, ktoré sú oveľa silnejšie (a preto sa dajú ľahšie zistiť vopred), môže toto obdobie trvať dva až tri týždne,“hovorí.

Meteorológovia pri predpovedi zohľadňujú neistoty niekoľkokrát použitím matematického modelu. Zároveň to prinesie trochu iný výsledok, ale väčšina z nich bude podobná. Najčastejšími budú konečný výsledok.