science >> Wetenschap >  >> Geologie

Waarom kunnen wetenschappers het weer niet nauwkeurig voorspellen?

Ja, we weten dat het moeilijk is om die zonnige glimlach op je gezicht te houden als je jongleert met alle variabelen die in een nauwkeurige weersvoorspelling passen. George Doyle/Getty Images

Hoewel de meeste wetenschappers worden vereerd omdat ze ons complexe universum begrijpen (Einstein is praktisch een held), meteorologen worden vaak belachelijk gemaakt. Hoe kunnen we een persoon op de maan zetten of planetaire uitlijning jaren van tevoren voorspellen, maar nog steeds niet in staat om nauwkeurige weersvoorspellingen samen te stellen?

Eerst, om de eer te geven waar de eer toekomt:Weersvoorspellers hebben hun spel de afgelopen 20 jaar aanzienlijk verbeterd. De driedaagse voorspellingen die ze vandaag leveren, zijn beter dan de eendaagse voorspellingen die ze 20 jaar geleden gaven. Ze zijn ook veel beter uitgerust om geavanceerde waarschuwingen voor zwaar weer te geven, het verdubbelen van de doorlooptijden voor tornado-waarschuwingen en het geven van mensen 40 minuten extra om te ontsnappen aan plotselinge overstromingen.

Moderne meteorologen zouden niet zo nauwkeurig zijn zonder numerieke voorspelling , die wiskundige vergelijkingen gebruikt om het weer te voorspellen. Dergelijke voorspellingen vereisen krachtige computers en veel observatiegegevens die vanaf het land worden verzameld, zee en lucht. Een enkel weerstation zou nooit zoveel informatie kunnen verzamelen. In plaats daarvan, duizenden stations over de hele wereld zijn met elkaar verbonden en hun gegevens worden samengevoegd. Sommige van deze stations -- windmeters op de grond (wat meteorologen anemometers noemen), regencollectoren en temperatuursensoren -- lijken op die van amateur-weerkijkers. Anderen liggen ver op zee, vastgebonden aan boeien. En weer anderen reizen op commerciële lijnvliegtuigen of scheepvaartschepen, het verzamelen van weergegevens terwijl passagiers en goederen van punt A naar punt B worden verplaatst. weersatellieten en ballonnen leveren informatie uit de bovenste regionen van de atmosfeer. Satellieten fotograferen het weer op aarde vanuit hun baan in de ruimte, terwijl ballonnen de luchtgegevens over een bepaalde locatie bewaken.

collectief, al deze sensoren en meters produceren elke dag meer dan 1 miljoen weergerelateerde waarnemingen. Een normale computer -- het soort dat je bij je plaatselijke elektronicawinkel koopt -- zou stikken in al deze gegevens. Gelukkig, meteorologen kunnen vertrouwen op supercomputers, waanzinnig snelle machines die miljoenen berekeningen per seconde uitvoeren. In de Verenigde Staten, deze computers zijn ondergebracht bij de National Centers for Environmental Prediction (NCEP), gevestigd in Camp Springs, Md. Daar, weerwaarnemingen stromen de hersenen van een supercomputer binnen, die complexe wiskundige modellen gebruikt om te voorspellen hoe, op basis van de binnenkomende gegevens, weersomstandigheden kunnen in de loop van de tijd veranderen. De output van de computer vormt de basis van bijna elke voorspelling die wordt uitgezonden op radio- en televisiezenders in heel Amerika.

Gedeeltelijk bewolkt met kans op chaos

Ondanks onze inspanningen om het weer te voorspellen, scènes als deze -- nabij het centrum van Nashville, Tenn., op 7 mei, 2010, nadat de Cumberland Rive naar het hoogste niveau in meer dan 70 jaar was gestegen -- een deel van onze toekomst blijven. Jeff Gentner/Getty Images

Je zou kunnen denken dat de supercomputers van de National Centers for Environmental Prediction nooit fouten kunnen maken, maar zelfs hun capaciteiten zijn niet opgewassen tegen de enorme uitdaging van weersvoorspellingen. Dat komt omdat ze rekening moeten houden met verschillende grootschalige fenomenen, die elk worden bepaald door meerdere variabelen en factoren. Bijvoorbeeld, ze moeten bedenken hoe de zon het aardoppervlak zal verwarmen, hoe luchtdrukverschillen winden zullen vormen en hoe waterveranderende fasen (van ijs naar water of water naar damp) de energiestroom zullen beïnvloeden. Ze moeten zelfs proberen de effecten van de rotatie van de planeet in de ruimte te berekenen, die het aardoppervlak onder de atmosfeer beweegt. Kleine veranderingen in een variabele in een van deze complexe berekeningen kunnen het toekomstige weer ingrijpend beïnvloeden.

In de jaren 1960, een MIT-meteoroloog genaamd Edward Lorenz kwam met een passende beschrijving van dit probleem. Hij noemde het de Vlinder effect , verwijzend naar hoe een vlinder die in Azië met zijn vleugels klappert, het weer in New York City drastisch kan veranderen. Vandaag, Lorenz staat bekend als de vader van chaos theorie , een reeks wetenschappelijke principes die zeer complexe systemen beschrijven, zoals weersystemen, waar kleine veranderingen in de beginomstandigheden de uiteindelijke resultaten radicaal veranderen. Door de chaos, er is een limiet aan hoe nauwkeurig weersvoorspellingen kunnen zijn. Lorenz stelde deze limiet op twee weken.

Moderne meteorologen gebruiken state-of-the-art technologie en technieken om chaos te temmen, zoals de ensemble voorspelling , die bestaat uit verschillende prognoses, elk gebaseerd op iets andere uitgangspunten. Als elke voorspelling in het ensemble er hetzelfde uitziet, dan zal het weer zich waarschijnlijk "gedrag" gaan gedragen. Als een voorspelling er radicaal anders uitziet, dan is de kans groter dat het weer zich "misdraagt".

Meteorologen vertrouwen ook op Doppler-radar om de weersomstandigheden effectiever te volgen en de voorspellingen te verbeteren. Doppler-radar vereist een zender om radiogolven in de lucht uit te zenden. De golven raken atmosferische objecten en kaatsen terug. Wolken die van de zender af bewegen, zenden andere soorten golven terug dan wolken die naar de zender toe bewegen. Een computer in de radar zet gegevens over de weerkaatste radiogolven om in beelden die bewolking en neerslagbanden tonen, evenals windsnelheden en richting.

Door deze technologie, meteorologen kunnen het weer nu beter dan ooit voorspellen, vooral als ze beperken hoe ver ze in de toekomst kijken. Bijvoorbeeld, tot 12 uur buiten, meteorologen bieden redelijk betrouwbare voorspellingen van algemene omstandigheden en trends. Helaas, dankzij chaos, ze zullen het weer nooit met absolute zekerheid kunnen voorspellen, dat is hoe verrassingsstormen - tornado's en hevige, overstromende regens -- blijven gemeenschappen verwoesten zonder enige waarschuwing. Om deze reden, het is misschien het beste om een ​​paraplu mee te nemen, zelfs op dagen die naar verwachting helder en zonnig zijn.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe het weer werktHoe meteorologie werkt
  • Hoe stormjagers werken
  • Zal de VS over 50 jaar een woestijn zijn?
  • Wat als ik door de bliksem werd getroffen?
  • Hoe ver van tevoren moet ik de weersvoorspelling bekijken?
  • Kunnen dieren het weer voorspellen?
  • Hoe beïnvloeden bomen het weer?

Meer geweldige links

  • Nationale weerdienst
  • Edward Lorenz:overlijdensbericht van de New York Times

bronnen

  • kleurstof, Lee. 'Kunnen we het weer beheersen? Misschien.' ABC nieuws. 3 augustus 2005 (29 juni, 2010) http://abcnews.go.com/Technology/DyeHard/story?id=1001079&page=1
  • Monasterski, Richard. "Voorspellen is geen picknick." Scientific American presenteert weer:wat we er wel en niet aan kunnen doen. Voorjaar 2000.
  • Rosenfeld, Jeffrey. "De vlinder die brulde." Scientific American presenteert weer:wat we er wel en niet aan kunnen doen. Voorjaar 2000.
  • Willems, Jac. Het weerboek. Vintage Boeken, 1997.