Während Wissenschaftler wie Einstein, Newton, Maxwell und andere in der Lage waren, theoretische Physik zu entwickeln, mit der reale Ereignisse präzise und genau vorhergesagt werden können, sahen sich Meteorologen (Wetter- und Atmosphärenexperten) einer anderen Realität gegenüber.
Die Vorhersagen von Meteorologen über das Wetter widersprechen oft realen Ereignissen.
Menschen sind seit Hunderten von Jahren in der Lage, die Positionen von Planeten, Monden und Kometen in der Zukunft genau vorherzusagen, aber immer noch nicht in der Lage, genau vorherzusagen, wie das Wetter eines Tages in der Zukunft sein wird? Regnet es? Wie ist die Temperatur?
Die Wetterwissenschaft hat sich rasant entwickelt
Die Wetterwissenschaft oder Meteorologie begann sich vor einem Jahrhundert zu entwickeln, als der Mathematiker Lewis Fry Richardson 6 Wochen lang von Hand zählte, um das Wetter für die nächsten 6 Stunden vorherzusagen.
Die Wettervorhersage hängt vom Fortschritt des Computers ab. Für Meteorologen ist es eine große Leistung. Für uns, die breite Öffentlichkeit, ist das nicht wirklich wichtig.
Die Wettervorhersage hat mindestens in den letzten 20 Jahren erhebliche Entwicklungen erfahren.
Die heute durchgeführte dreitägige Wettervorhersage ist besser als die eintägige Wettervorhersage vor 20 Jahren.
Wetterwissenschaftler können heute nicht ohne numerische Vorhersagen arbeiten, die mathematische Gleichungen verwenden, um das Wetter vorherzusagen.
Die Berechnung dieser mathematischen Gleichung erfordert einen ausgeklügelten Computer und viele physikalische Parameterdaten, die an Land, auf See und in der Luft verfügbar sind.
Es gibt 2 × 10⁴⁴ (200.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000) Moleküle in der Atmosphäre, die sich zufällig bewegen, und wir versuchen, die Bewegungen all dieser Moleküle wirklich hart zu berechnen.
Millionen von Daten, die gesammelt und verarbeitet werden müssen
Kurzfristige Vorhersagen hängen von Temperatur, Wolken, Niederschlag, Wind und Luftdruck ab. Langzeitvorhersagen, Land- und Meerestemperaturen, Meeresströmungen, Luftverschmutzung und viele andere.
Die Vorhersage des Wetters für morgen erfordert viel Aufwand. Das BMKG sammelt täglich Millionen von Beobachtungsdaten von Vor-Ort-Stationen sowie von Wetterballons und Satelliten.
Lesen Sie auch: Warum Mathematik studieren? Kaufen Sie Siomay nicht mit Logarithmen, oder?Eine Wetterstation kann nicht so viele Informationen sammeln. Es verwendet ein großes Netzwerk von Wetterstationen, die im Laufe der Zeit Daten an mehreren Orten sammeln.
Einige Stationen befinden sich an Land, die mindestens aus einem Windmesser zur Messung von Windgeschwindigkeit und -richtung, einem Wasserreservoir zur Messung von Niederschlägen und einem Hydrothermometer zur Messung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit bestehen.
Mehrere andere Stationen schwimmen im Ozean, Beobachtungsausrüstung in der Boje installiert. Und es gibt immer noch bewegliche Stationen, Beobachtungsgeräte, die in Flugzeugen und Schiffen installiert sind. Plus Wettersatelliten und Radiosondenballons, um Daten aus der oberen Atmosphäre zu erhalten.
Alle physikalischen Parameterdaten aller dieser Stationen erzeugen täglich mehr als 1 Million Daten.
Ihr Laptop oder Computer kann diese Daten nicht speichern, geschweige denn verarbeiten. Aber Meteorologen haben Supercomputer, leistungsstarke Engines, die Millionen von Daten pro Sekunde berechnen können.
Supercomputer zur Vorhersage des Wetters
In den Vereinigten Staaten gibt es einen Supercomputer, der von den National Centers for Environmental Prediction (NCEP) betrieben wird. Bei der Arbeit mit Supercomputern gibt es mehr als 10 000 Prozessoren, die mit 2,6 Petabyte Daten arbeiten.
Dort werden die beobachteten Daten in das Supercomputer-Gehirn eingespeist, das mithilfe komplexer mathematischer Modellierungsgleichungen vorhersagt, wie sich die Wetterbedingungen im Laufe der Zeit ändern. Die Ergebnisse dieser Supercomputer-Vorhersage werden dann über Fernsehen, Internetseiten, Anwendungen und andere gesendet oder an die Öffentlichkeit verbreitet.
Denken Sie nicht, dass dieser Supercomputer trotz dieser fortschrittlichen Technologie möglicherweise keine Fehler machen kann. Dieser Supercomputer ist nicht in der Lage, sich der großen Herausforderung der Wettervorhersage zu stellen.
Wetterphänomene in großem Maßstab, die jeweils von verschiedenen Variablen beeinflusst werden. Überlegen Sie beispielsweise, wie Sonnenstrahlung die Erdoberfläche erwärmt, wie Luftdruckunterschiede die Winde antreiben und wie sich Änderungen in der Phase des Wassers, Schmelzen und Verdampfen auf den Energiefluss auswirken.
Meteorologen verwenden jetzt Technologien und Techniken, die ständig aktualisiert werden, um das Chaos zu bewältigen, z. B. die Vorhersage mithilfe eines Ensembles, das auf mehreren Vorhersagen basiert, wobei jede Vorhersage einen unterschiedlichen Ausgangspunkt verwendet.
Wenn alle Vorhersagen im Ensemble gleich aussehen, wird vorausgesagt, dass das Wetter eher normal ist. Wenn es Vorhersagen gibt, die auffallend anders aussehen, wird sich das Wetter voraussichtlich ändern.
Lesen Sie auch: Was ist Tardigrade? Warum bist du zum Mond gekommen?Leider ist das Chaos immer noch da, Meteorologen können das Wetter nie mit absoluter Sicherheit vorhersagen. Ob es einen Sturm, einen Tornado oder extremen Regen geben wird, es wird immer eine Katastrophe mit einer kleinen Warnung bringen.
Chaos, Unordnung als die Natur des Universums
Kleine Änderungen an einer der Variablen in dieser komplexen Berechnung können große Auswirkungen auf das zukünftige Wetter haben. Edwan Lorenz, ein Meteorologe vom MIT, nennt dies den Schmetterlingseffekt.
Einfach so dargestellt, kann das Flattern der Flügel eines Schmetterlings mitten in einem asiatischen Wald in New York City starken Regen verursachen.
Er ist bekannt als der Vater der Chaostheorie, eines wissenschaftlichen Prinzips, das superkomplexe Systeme wie Wettersysteme beschreibt, bei denen kleine Änderungen der Anfangsbedingungen das Endergebnis drastisch verändern können.
Aufgrund dieses Chaos oder dieser Unregelmäßigkeit gibt es eine Grenze, wann Wettervorhersagen als genau angesehen werden. Lorenz hat dieses Limit in zwei Wochen festgelegt.
Darüber hinaus unterliegen die zur Simulation der Atmosphäre verwendeten numerischen Gleichungen einem Chaos mit kleinen Fehlern, die multipliziert werden können.
Das Wetter in Gebieten mit hohen Breitengraden wird stark von der Bewegung verschiedener Luftmassen beeinflusst, die von Niederdrucksystemen beeinflusst werden. Die Bewegung von Luftmassen ist relativ leicht vorherzusagen, da sie sich allmählich bewegt.
In tropischen Gebieten wie der Welt erhalten Sie viel Energie von der Sonne, was die Konvektionsaktivität chaotischer macht, so dass es schwieriger ist, sie vorherzusagen.
Chaos in der Natur bedeutet, dass Modelle immer Fehler machen können, solange wir weiterhin Annahmen über Prozesse in der Atmosphäre treffen.
Wie kann das Wetter in Zukunft vorhergesagt werden?
Hochauflösende Daten werden sowohl räumlich als auch zeitlich benötigt. Es braucht viel mehr, Millionen von Wetterbeobachtungsstationen an verschiedenen Orten.
Glücklicherweise können Wetterbeobachtungsstationen mit den heutigen technologischen Fortschritten kleiner und mobiler sein. Diese Wetterbeobachtungsstation wird wahrscheinlich in jedermanns Haus oder in einem Fahrzeug sogar auf einem Smartphone sein.
Da immer mehr Daten gesammelt werden, werden fortschrittlichere und schnellere Supercomputer benötigt.
Nichts ist nützlicher als unsere eigene Bereitschaft für das Wetter. Halten Sie, wie das Sprichwort sagt, einen Regenschirm, bevor es regnet.
Referenz
- Warum die Wettervorhersage immer ein bisschen falsch sein wird
- Warum können Wissenschaftler das Wetter nicht vorhersagen?
