Hvordan opstår vejret, og hvor præcist kan du forudsige det?

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

Prognosefolk lover en solskinsdag, og uden for vinduet - en snestorm. Unøjagtigheder i prognoser er forbundet med både hurtigt skiftende miljøforhold og globale klimaforandringer. Ikke desto mindre har moderne meteorologer fået et gennembrud inden for prognoser, i dag bruges matematiske algoritmer til dette, nye metoder og værktøjer bliver skabt til at studere aktuelle vejrforhold.

Hvordan naturfænomener studeres i dag, og om det er muligt at lave helt præcise prognoser i fremtiden, var let tilgængeligt i det amerikanske populærvidenskabelige magasin Discover. T&P tilpassede artiklen og oversatte den.

Hvordan opstår vejret

Jordens atmosfæriske lag består primært af nitrogen, ilt og vanddamp. Denne luft opfører sig som en væske og, der strømmer fra et sted til et andet, ændrer temperatur, fugtighed og andre egenskaber. Vejret er et biprodukt af atmosfæren, som transporterer varme fra et sted til et andet.

Kølere luft er tæt og kan ikke holde meget fugt; varmere luft er mindre tæt og kan holde mere vand. Når områder med luft med forskellig temperatur og tæthed kolliderer, opstår der regn, da der dannes vand fra den afkølede varme luft. Anden nedbør kan forekomme. Når den varme, fugtige luft stiger opad, afkøles den, og vandet kondenserer på partikler suspenderet i luften. Stigende dråber bliver tungere og falder efterfølgende til jorden.

En orkan dannes, når havvand opvarmes til over 27 ℃ og fordamper hurtigt, og luften over havet bliver varm og stiger. I stedet kommer der strømme af kold luft, som også varmes op og stiger. Disse bevægelser skaber stærke vinde, en orkan dannes.

Hvordan naturfænomener blev undersøgt før

Videnskabelige vejrobservationer begyndte i renæssancen, da barometre og termometre blev opfundet. Gamle europæiske lærde som Galileo brugte disse værktøjer til at forklare vejrfænomener.

Men tidlige forudsigelser var begrænsede og kun baseret på antagelsen om, at fortiden ville bestemme fremtidig adfærd.

"Hvis der er en storm i dag i Kansas og den næste dag i Missouri, kan du se, at den kommer til Illinois næste dag," forklarer Bob Henson, meteorolog og forfatter af Weather Underground.

Denne metode fungerer under konstante forhold - når stormen gradvist bevæger sig, eller når det lokale klima ikke ændrer sig meget fra dag til dag (for eksempel i det sydlige Californien).

Denne enkle metode tager dog ikke højde for skiftende forhold: for eksempel dannes storme hurtigt på grund af konvektion (bevægelse af luftmængder fra en højde til en anden, på grund af den arkimedeiske kraft. - Red.). Heldigvis er der nye måder at forudsige vejret i nutidens verden. Prognoser er ikke lavet af folk, der kigger på kortene og gårsdagens op- og nedture, de er lavet af maskiner.

Opdaterede vejrudsigter

Meteorologer bruger numerisk vejrudsigt ved at indtaste data om aktuelle vejrforhold. Derefter bearbejdes de i en computermodel. Jo mere relevant og præcis information der indtastes, jo mere præcis bliver prognosen. For at opnå disse data bruges instrumenter som en vejrballon, flyvemaskiner, satellitter og havbøjer.

Vejrmønstre opdeler en region, stat eller endda hele kloden i celler. Deres størrelse påvirker nøjagtigheden af prognosen. Store rektangler er sværere at se, hvad der sker i små områder, men de giver et samlet billede af vejrtendenser over tid. Denne generelle prognose er nødvendig, for eksempel for at bestemme bevægelsen af en storm.

Små celler med højere opløsning tillader prognoser over en kortere tidsperiode - en til to dage - og dækker kun et bestemt område. Nogle modeller kan fokusere på specifikke data såsom vindhastighed, temperatur og fugtighed. Derfor kan to computermodeller give lidt forskellige resultater selv med nøjagtig de samme indledende observationer.

Er perfekte forudsigelser mulige?

"Computermodeller er tilstrækkelige til dag-til-dag vejrudsigter, så meteorologer vil ikke tilføje meget her," siger Schumacher, assisterende professor i atmosfærisk videnskab ved Colorado State University. - Men det betyder ikke, at der slet ikke er brug for folk. Prognosemanden kan genkende unøjagtigheder i de data, der gengives af computersystemet."

Nedbør er meget sværere at forudsige end temperatur, siger Matt Kölsch, en hydrometeorolog ved universitetets Atmospheric Research Corporation i Boulder.

"Temperatur er et kontinuerligt felt, det er overalt. Nedbør er et intermitterende felt, nogle steder kan det regne eller sne, men andre steder bliver det slet ikke."

Områdets landskabstræk, såsom bakker, kystlinjer, påvirker nedbøren, og computermodeller tager ikke altid højde for dette. Kölsch siger, at en meteorolog er nødvendig for at lave prognoser for 24 til 36 timer. At forudsige situationer med stor påvirkning som orkaner, tornadoer og oversvømmelser er mere udfordrende og kræver både menneskelige ressourcer og computersystemer.

Siden 1950'erne er hurtige computere blevet mere og mere præcise forudsigelser. Dagens fem-dages prognose er nøjagtig omkring 90% af tiden, ifølge National Oceanic and Atmospheric Administration.

7-dages prognosen viser sig at være korrekt 80 % af tiden, og 10-dages prognosen 50 %

I dag er en 5-dages orkanprognose mere pålidelig end en 4-dages prognose i begyndelsen af 2000'erne og en 3-dages prognose i 1990'erne. Og et Nature-papir fra 2015 fandt, at prognoserne for tre til ti dage blev forbedret med omkring en dag i et årti, hvilket betyder, at den nuværende seks-dages prognose er lige så nøjagtig som den fem-dages prognose for 10 år siden.

Desværre komplicerer store klimatiske forandringer prognoseprocessen. Der er en vittighed om, at en sommerfugl, der flagrer i Hong Kong, kan ændre vejret i New York. Denne idé blev fremsat i 1972 af matematikeren og meteorologen Edward Lorenz. "Sommerfugleeffekten" er, at små ændringer kan have en enorm indflydelse på udviklingen af hele systemet.

I praksis betyder det, at én computermodel, der køres mere end én gang, selv med de mindste forskelle i de nuværende forhold, kan give forskellige forudsigelser. På grund af dette er den potentielle prognosegrænse omkring 14 dage, siger Bob Henson.

"Lorenz sagde grundlæggende, at det er umuligt at forudsige vejrmønstrene i mere end to uger, fordi disse små sommerfuglevinger og utallige andre små ting vil føre til store ændringer," siger Henson.

Meteorolog Judt er overbevist om, at menneskeheden aldrig kan forudsige et tordenvejr mere end et par timer i forvejen, uanset hvor gode observationerne er.

"For orkaner og storme, der er meget stærkere (og derfor nemmere at opdage på forhånd), kan perioden være to til tre uger," siger han.

Når de laver en prognose, tager meteorologer højde for usikkerheder ved at bruge en matematisk model flere gange. Samtidig vil det give et lidt anderledes resultat, men de fleste af dem vil ligne hinanden. De hyppigste vil være det endelige resultat.