Science >> Wetenschap >  >> Geologie

Hoe meteorologie werkt

Hoe beïnvloeden weersomstandigheden uw dagelijks leven? Voor sommige mensen is het niet alleen een kwestie van door het verkeer komen, maar ook van overleven. Bekijk meer stormfoto's. Ed Pritchard/Photographer's Choice/Getty Images

Stel je voor dat je geen mens bent die een internetartikel leest, maar in plaats daarvan een vlo bent - en niet zomaar een vlo, maar een vlo die zijn hele leven in de vacht van een grizzlybeer leeft. Gezien zo'n vijandige omgeving moet je een paar feiten op een rij zetten om in leven te blijven. Waar krabt of bijt de beer het vaakst? Wanneer slaapt het? Waar is het beste bloed? Hoe woest is hij in het verleden achter zijn parasieten aangegaan, en hoe zou hij zich in de toekomst kunnen gedragen? Als dit klinkt als een stressvol bestaan, denk dan eens aan de beer van een omgeving waarin we elke dag leven.

Mensen maken hun thuis in het buitenste deel van de aardkorst, een laag van gassen van 5,5 biljard ton (4,99 biljard ton) die we de atmosfeer noemen. Net als bij onze voorbeeldige vlo, hangt ons leven precies af van hoe de omgeving om ons heen zich gedraagt. Op zijn rustigere momenten voedt het weer onze gewassen, geeft het ons schone lucht om te ademen en zorgt het voor een over het algemeen comfortabele omgeving. Maar in het ergste geval zorgt de atmosfeer, die uitvoerig wordt besproken in How Weather Works, voor dodelijke vorst, verzengende hitte, vernietigende overstromingen en stormen die hele steden kunnen verwoesten. Zoals bij elke overlevende parasiet loont het om te weten wat uw gastheer vervolgens gaat doen.

Als je ooit 's ochtends naar school of werk bent gehaast zonder eerst het weerbericht te hebben gecontroleerd, heb je waarschijnlijk niet het equivalent ervaren van geharkt worden met een berenklauw. Misschien ben je uitgegleden in de sneeuw of verliep het woon-werkverkeer een beetje traag, maar ach, toch? Aan het eind van de dag ga je waarschijnlijk nog steeds warm eten in een warm huis.

Onze levens zijn echter niet altijd zo weerbestendig geweest. In ontwikkelingslanden en ruigere omgevingen hangt het dagelijks overleven nog steeds af van Moeder Natuur. Ondanks moderne maatregelen tegen droogte en overstromingen kan het weer zelfs in de meest geavanceerde landen nog steeds de voedsel- en watervoorziening schaden. Maar in de antieke wereld maakte het vermogen om observaties uit het verleden en het heden te gebruiken om weerpatronen te voorspellen je meer dan een weerman; het maakte je tot een sjamaan, een profeet en zelfs een leider. Tegenwoordig meteorologen waarnemingen uitbreiden met moderne technologie, natuurkunde en statistiek om een ​​niet minder essentiële dienst te vervullen, maar we beschouwen ze niet noodzakelijkerwijs als profeten.

In dit artikel onderzoeken we de meteorologie , de wetenschappelijke studie van de atmosfeer en de talloze verschijnselen die ervoor zorgen dat deze voortdurend om ons heen wervelt en woedt.

Inhoud
  1. Het weer uit het verleden:vertrouwen op dieren, planten en lokale kennis
  2. Het weer van nu:barometers, thermometers en hygrometers
  3. Het weer van de toekomst:numerieke weervoorspellingsmodellen

Het weer van het verleden:vertrouwen op dieren, planten en lokale kennis

Vroege mensen observeerden lokale dieren en vegetatie om hen te helpen het weer te bepalen. Wie heeft Al Roker nodig als je trekvogels hebt? Burazin/Photographer's Choice/Getty Images

Patroonherkenning is een van de belangrijkste eigenschappen van intelligentie. Je hond weet dat hij iets lekkers krijgt als hij een trucje doet, omdat je hem altijd te eten geeft nadat hij zich heeft omgedraaid. Je weet dat je tante je waarschijnlijk een pyjama zal geven met Kerstmis, omdat je kast vol staat met afschuwelijke, geruite pyjama's. Onze geest leert en handelt op basis van de patronen die we overal om ons heen waarnemen. Door te weten wat er eerder is gebeurd, weten we wat de toekomst zal brengen.

De vroege mensen observeerden patronen in het weer en leerden te anticiperen op veranderingen die hun voedselvoorziening en welzijn beïnvloedden. Ze creëerden namen voor de seizoenen en zelfs vormen van kalenders om hun omzwervingen en later de groeicycli van hun gewassen te begeleiden. Mensen wisten wat voor weer het zou zijn, gebaseerd op hun eigen cumulatieve ervaringen, maar ook op die van hun voorouders. Bepaalde Australische Aboriginal-stammen dragen bijvoorbeeld 18.000 generaties aan lokale weerwaarnemingen met zich mee [bron:BBC]. Buiten hun territorium verdwijnt hun kennis geleidelijk, maar hun begrip van het weer omvat een groot deel van de lokale details. Een stam kan slechts twee of zelfs zes seizoenen herkennen, afhankelijk van de plaatselijke neerslag en temperatuurfactoren.

De vroege mensen wisten dat koude temperaturen de komst van de winter betekenden. Ze kenden de bezienswaardigheden en geuren die aan een regenbui voorafgingen. En waar hun eigen zintuigen hen in de steek lieten, wendden ze zich tot die in de natuur:de levenscycli van verschillende vegetatie en de migratie van andere dieren. Bovendien zijn veel diersoorten veel beter afgestemd op veranderingen in de lucht- en waterdruk, die vaak wijzen op stormen en andere atmosferische veranderingen.

Lang voordat mensen apparaten uitvonden om deze omstandigheden te meten, keken ze eenvoudigweg naar de lucht en de velden. Dieren herkenden subtiele patronen in de atmosfeer, en wij herkenden patronen in hun responsieve gedrag. Deze tradities worden tot op de dag van vandaag voortgezet op de pagina's van The Old Farmer's Almanac en met praktijken zoals Groundhog Day. Voor meer informatie over dieren en het weer, lees Kunnen dieren het weer voorspellen?

Het volgen van het weer in een regio of stamgebied is één ding, maar het in kaart brengen van atmosferische patronen op mondiale schaal is een heel andere onderneming. De afgelopen eeuwen heeft synoptische meteorologie , oftewel het idee om het weer over een groot gebied volledig in kaart te brengen, is ontstaan. Door gelijktijdige weersomstandigheden in aangrenzende gebieden te vergelijken, konden wetenschappers de heersende omstandigheden in een groter gebied beter begrijpen en het soort weerkaarten leveren dat we elke dag op tv en internet bekijken.

Hoe registreren meteorologen de huidige weersomstandigheden? Lees de volgende pagina om erachter te komen hoe we bepalen wat ons weer op dit moment doet.

Het weer van nu:barometers, thermometers en hygrometers

Een wetenschapper controleert de lokale omstandigheden bij een weerstation in Arizona. Bennett Barthelemy/Aurora/Getty Images

Je hebt waarschijnlijk het gezegde 'te veel koks bederven de bouillon' gehoord, waarschijnlijk in verwijzing naar een album, zakelijke onderneming of zelfs een sportteam. Het betekent dat wanneer te veel mensen aan een project werken, de resultaten vaak verwarrend, flauw of ronduit verschrikkelijk zijn. In zekere zin is de atmosfeer een bouillon die door veel te veel koks wordt geroerd:zwaartekracht, zonlicht, rotatie, conflicterende drukzones, koele oceanen, hete woestijnen, bergketens en kolossale luchtstromen, om er maar een paar te noemen. Deze krachten zorgen er voortdurend voor dat de atmosfeer in beweging komt, en alleen al om erachter te komen wat deze op een bepaald moment doet, is veel studie en observatie nodig.

Drie van de belangrijkste atmosferische eigenschappen zijn luchtdruk , luchttemperatuur en vochtigheid . Om echt te begrijpen wat er aan de hand is, moet je deze omstandigheden kunnen meten. Om deze reden kwam meteorologie pas echt als wetenschap naar voren met de 17e-eeuwse uitvindingen van de barometer , die de luchtdruk meet , en een betrouwbare thermometer , die de temperatuur meet. Voordat de 17e eeuw eindigde, ontwikkelden wetenschappers ook betrouwbare hygrometers om de luchtvochtigheid te meten. Deze instrumenten, samen met regenmeters, maakten een betere landbouwplanning en zeereizen mogelijk.

Maar om een ​​echt synoptisch beeld te krijgen van de huidige weersomstandigheden, heb je een manier nodig om met andere waarnemers in andere regio's te communiceren. De uitvinding van de telegraaf in 1837 maakte dit mogelijk. Tegen het midden van de 19e eeuw konden meteorologen van verschillende weerstations snel met elkaar communiceren en het grote geheel samenstellen.

Tegen het einde van de 19e eeuw gebruikten meteorologen weerballonnen om de bovenste lagen van de atmosfeer te bestuderen. Daarbij deden ze cruciale ontdekkingen over de luchtdruk en windpatronen. Hierdoor konden meteorologen de rol van lage druk ontdekken centra spelen in het weer. Je hebt deze centra waarschijnlijk wel eens op een kaart zien staan ​​in weersvoorspellingen. Koelere, dichtere lucht stroomt vanuit de omliggende gebieden naar warmere lagedrukgebieden. Dit duwt op zijn beurt de warme lucht omhoog naar de hogere atmosfeer, waar de lucht in alle richtingen naar buiten spiraalt. Deze formaties worden cyclonen genoemd (niet te verwarren met orkanen en tyfoons , die cyclonen worden genoemd in sommige regio's).

Maar deze luchtstijging vindt niet alleen plaats in lagedrukcentra. Het gebeurt ook als er twee luchtmassa's zijn ontmoeten elkaar in een front . In beide gevallen vormt verhoogde lucht vaak wolken en stormsystemen. Met deze ontdekkingen waren meteorologen beter voorbereid om het weer te voorspellen. Ze maakten niet alleen maar gefundeerde gissingen, eenvoudigweg gebaseerd op patroonherkenning; ze begrepen hoe de atmosfeer werkt.

In de 20e eeuw maakten de ontwikkelingen in de luchtvaart het voor ons mogelijk om de bovenste lagen van de atmosfeer beter te bestuderen, en dankzij nieuwe radiotechnologie konden meteorologen gevoelige apparatuur met ballonnen naar grote hoogten sturen - een praktijk die nog steeds voortduurt. Op dezelfde manier communiceerden radioweerboeien de omstandigheden op zee, waaronder de watertemperatuur, windsnelheid en golfhoogte. Na de Tweede Wereldoorlog begonnen wetenschappers radar te gebruiken om het weer te bestuderen, aangezien de technologie het mogelijk maakte om naast vliegtuigen ook regenval te detecteren.

In 1960 voegde een nieuwe vooruitgang toe aan ons vermogen om de atmosfeer van de aarde te observeren en te meten:de weersatelliet. Door deze geautomatiseerde observatoria in polaire banen van noord naar zuid te plaatsen en oost-west geostationaire banen konden mensen hun atmosfeer van buitenaf bekijken en stormsystemen observeren vanuit een werkelijk synoptisch uitkijkpunt. Weersatellieten bieden meer dan alleen een buitenaards beeld van het weer; ze hebben ook sensoren om temperatuur, vocht en zonnestraling te meten.

Weten wat er nu gebeurt is één ding, maar hoe kunnen meteorologen al deze gegevens omzetten in een idee van wat het weer van morgen zal brengen? Lees de volgende pagina om erachter te komen.

Het weer van de toekomst:numerieke weervoorspellingsmodellen

Een meteoroloog van het National Hurricane Tracking Center in Miami bestudeert de bewegingen van een krachtig stormsysteem in een poging om zijn bewegingen te voorspellen. Joe Raedle/Getty Images Nieuws/Getty Images

Moderne technologie biedt meteorologen een ongekend inzicht in de atmosfeer van de aarde en een uitstekend uitkijkpunt van waaruit ze het weer kunnen observeren. Maar hoe vertalen meteorologen dit naar een redelijke voorspelling van wat het weer zal blijven doen?

In plaats van simpelweg naar de huidige omstandigheden te kijken en schattingen te maken op basis van waarnemingen uit het verleden, creëren meteorologen numerieke weervoorspellingsmodellen (NWP) . Deze modellen zijn objectieve, op natuurkunde gebaseerde berekeningen die, wanneer ze door een computer worden verwerkt, voorspellen hoe het huidige weer er in de toekomst uit zal zien. De vergelijkingen die bij deze modellen betrokken zijn, zijn complex en omvatten meerdere atmosferische variabelen. Deze variabelen laten ruimte voor fouten, dus hoe verder meteorologen proberen te voorspellen, hoe groter de kans op fouten wordt.

Bekijk elke weersvoorspelling van uur tot uur:de voorspelling van elk uur is een stap in de mogelijke toekomst. Een eerste voorspelling (zoals wat het weer over een uur zal zijn) is het resultaat van het uitvoeren van een computermodel op basis van wat het weer nu doet. Om vervolgens een model uit te voeren van wat het weer over twee uur zal doen, pas je de verschillende vergelijkingen toe op het model dat eraan voorafging. Dus terwijl de eerste voorspelling gebaseerd was op werkelijke omstandigheden, was de tweede gebaseerd op voorspelde omstandigheden die mogelijk minder nauwkeurig waren. Elke volgende voorspelling vergroot de kans op fouten. Om deze reden worden NWP-modellen steeds gebrekkiger naarmate je verder vooruit probeert te kijken.

Meteorologen hebben sinds de jaren tachtig de NWP-modellen gestaag verbeterd. Door ze voortdurend aan te passen, hebben ze nauwkeurigere vergelijkingen met minder fouten gecreëerd. Een andere techniek, genaamd Model Output Statistics , verbetert de weersvoorspellingen door het NWP-model, dat is gebaseerd op de huidige omstandigheden, te nemen en dit te extrapoleren door het te vergelijken met vroegere oppervlakteomstandigheden voor een bepaalde regio. Deze methode maakt hoofdzakelijk gebruik van weermetingen uit het verleden om een ​​aantal van de fouten die inherent zijn aan een NWP-model te compenseren.

Ondanks de voortdurende vooruitgang op het gebied van de meteorologie, hoeft u niet snel een onberispelijke weersvoorspelling te verwachten. Wanneer we de talrijke variabelen in een NWP-model in ogenschouw nemen, is het belangrijk om te beseffen hoeveel verschil zelfs een kleine discrepantie kan maken. In 1961, meteoroloog en chaostheorie oprichter Edward N. Lorenz heeft de drastisch verschillende modellen die een verschil van één decimaalpunt kan maken, onder de loep genomen. Op basis van deze bevindingen bedacht Lorenz de term vlindereffect , waarin de vraag wordt gesteld:"Veroorzaakt het klapperen van de vleugels van een vlinder in Brazilië een tornado in Texas?"

Maar hoewel de weersvoorspellingen verre van vlekkeloos zijn, heeft de meteorologie talloze levens gered door wetenschappers in staat te stellen te voorspellen waar destructief weer zal toeslaan en mensen van tevoren te waarschuwen. Uw vijfdaagse voorspelling is misschien niet perfect, maar ons begrip van de complexe reeks bewegingen die de atmosfeer waarin we leven vullen, is dat ook niet.

Bekijk de links op de volgende pagina voor meer informatie over het weer.

Weermannen versus meteorologen

Wat is het verschil tussen een tv-weeranker en een meteoroloog? Hoewel een meteoroloog een wetenschapper is die een graad in meteorologie of atmosferische wetenschappen heeft behaald, zijn de weerpresentatoren op tv die je dagelijks ziet niet noodzakelijkerwijs wetenschappers. In feite zijn noch Willard Scott noch Al Roker een meteoroloog, ondanks dat ze hun naam op een weerkaart hebben vermeld.

Veel beantwoorde vragen

Wat is de volledige betekenis van meteorologie?
De studie van de atmosfeer en haar verschijnselen, inclusief weer en klimaat.

Veel meer informatie

Gerelateerde artikelen

  • Hoe het weer werkt
  • Hoe weerwaarschuwingen werken
  • Hoe orkanen werken
  • Hoe tornado's werken
  • Hoe wolken werken
  • Hoe de aarde werkt
  • Hoe de zon werkt
  • Hoe stormjagers werken
  • 5 meest verwoestende stormen
  • Wat als er geen zwaartekracht op aarde zou zijn?
  • Waarom zou iemand een vliegtuig in een orkaan laten vliegen?

Meer geweldige links

  • BBC World Weather Center
  • Nationale weerdienst
  • Het weerkanaal

Bronnen

  • "Al Roker:de weerman voor alle seizoenen." Het zwarte collegiaanse tijdschrift. 2005. (20 september 2008) http://www.black-collebian.com/issues/2ndsem06/roker2006-2nd.shtml
  • "Sfeer." Britannica Studentenencyclopedie. 2008. (5 augustus 2008) http://student.britannica.com/comptons/article-196868/atmosphere
  • Chang, Kenneth. "Edward N. Lorenz, een meteoroloog en vader van de chaostheorie, sterft op 90-jarige leeftijd." 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
  • "Evolutie van de atmosfeer." Britannica Online Encyclopedie. 2008. (8 augustus 2008)http://www.britannica.com/EBchecked/topic/1424734/evolution-of-the-atmosphere
  • "Geschiedenis van hulpmiddelen voor weerobservatie." Weerhut. 2008 (25 september 2008) http://www.weathershack.com/education/history-of-weather-observing-tools.html
  • "Inheemse meteorologie." BBC-weer. (23 september 2008)http://www.bbc.co.uk/weather/features/health_cultureindigenous_meteorology.shtml
  • "Interview met Willard Scott." CNN Larry King Live. 21 mei 2003. (30 september 2008)http://transcripts.cnn.com/TRANSCRIPTS/0305/21/lkl.00.html
  • 'Jetstream.' Britannica Online Encyclopedie. 2008. (8 augustus 2008) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/303269/jet-stream
  • "Bliksem." Britannica Online Encyclopedie. 2008. (8 augustus 2008)http://www.britannica.com/EBchecked/topic/340767/lightning#default
  • "Modeluitvoerstatistieken." American Meteorological Society Verklarende woordenlijst van meteorologie. (25 september 2008)http://amsglossary.allenpress.com/glossary/search?id=model-output-statistics1
  • "Numerieke modellering." Met kantoor. (25 september 2008)http://www.metoffice.gov.uk/research/nwp/numerical/
  • Reynolds, Ross. "Cambridge-gids voor het weer." Cambridge University Press. 2000.
  • Ruddiman, William F. "Ploegen, plagen en petroleum:hoe mensen de controle over het klimaat overnamen." Princeton Universiteitspers. 2005.
  • Tarbuck, Edward en Frederick Lutgens. "Aardwetenschappen:elfde editie." Pearson Prentice Hall. 2006.
  • Tandman, Jessika. "Hoe wolken werken." HowStuffWorks.com. 5 mei 2008. (8 augustus 2008)https://science.howstuffworks.com/cloud.htm
  • Vogt, Gregory L. "De atmosfeer:planetaire warmtemotor." Boeken uit de 21e eeuw. 2007.
  • "Weervoorspelling." Britannica Studentenencyclopedie. 2008. (25 september 2008) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/638321/weather-forecasting
  • Wilson, Tracy V. "Hoe de aarde werkt." HowStuffWorks.com. 21 april 2006. (8 augustus 2008)https://science.howstuffworks.com/Earth.htm



Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Sommige planten kunnen de toxische effecten van metalen kortsluiten. Nu proberen wetenschappers hun kracht te benutten
  2. Akoestische monitoring geeft een holistisch beeld van de biodiversiteit
  3. Hoe lepra werkt
  4. Hoe komt de zebravis aan zijn strepen? Onderzoekers zijn een stap dichter bij het vinden ervan
  5. Is geluk besmettelijk?
  6. Kunnen schimmels de grassen van Texas helpen de klimaatverandering het hoofd te bieden?
  7. Zwakke sociale banden een moordenaar voor mannelijke walvissen
  8. Zijn getrouwde mensen gelukkiger dan alleenstaanden?
  9. Antibiotica ontdekking in de afgrond

Wetenschap