Bu Bilimsel Sebep için Hava Tahminleri% 100 Asla Doğru Olmayacak

Hava durumu bilimi her gün kamuoyunun incelemesine düşüyor. Tahmin doğru olduğunda, nadiren yorum yaparız, ancak tahmin yanlış olduğunda şikayet etmek genellikle hızlıdır. Hiç bir zaman için doğru olan mükemmel bir tahminde bulunma ihtimalimiz var mı?

Bir hava tahmini hazırlamanın birçok adımı vardır. Hayatı belli bir zamanda atmosferin küresel bir “enstantanesi” olarak başlar, tüm dünyaya yayılan ve yüzeyden stratosfere uzanan (ve bazen daha yüksek) üç boyutlu bir nokta çizgisine eşlenir.

Atmosferin davranışını fizik denklemleriyle tanımlayan bir süper bilgisayar ve karmaşık bir model kullanarak, bu anlık görüntü daha sonra birkaç terabayt ham tahmin verisi üreterek zaman içinde öne çıkar. Daha sonra verileri yorumlamak ve halka yayın yapan anlamlı bir tahmin haline getirmek için insan tahmincilerine düşer.

Havada Olup Olmadığı

Hava durumunu tahmin etmek büyük bir zorluktur. Bir başlangıç ​​için, doğası gereği öngörülemeyen bir şeyi tahmin etmeye çalışıyoruz. Atmosfer, kaotik bir sistemdir - bir konumdaki atmosferin durumundaki küçük bir değişiklik, başka bir yerde zaman içinde kayda değer sonuçlar doğurabilir, bu da bir bilim insanının kelebek etkisi olarak adlandırıldığı bir durumdur.

Bir tahminde ortaya çıkan herhangi bir hata hızla büyüyecek ve daha büyük ölçekte daha fazla hataya neden olacaktır. Ve atmosferi modellerken birçok varsayım yapmak zorunda olduğumuzdan, tahmin hatalarının ne kadar kolay geliştirilebileceği açıktır. Mükemmel bir tahmin için, her bir hatayı silmemiz gerekir.

Tahmin yeteneği gelişmiştir. Modern tahminler kesinlikle süper bilgisayar döneminden öncekinden çok daha güvenilir. İngiltere’nin en erken yayınlanan tahminleri, Kraliyet Donanması subayı ve keskin meteorolog Robert Fitzroy’un The Times’ta tahmin yayınlamaya başladığı 1861’e dayanıyor.

Metodları, az sayıdaki konumdan gözlemleri kullanarak hava çizelgeleri çizmeyi ve grafiklerin benzer olduğu zamanlarda geçmişte havanın nasıl geliştiğini temel alarak tahminlerde bulunmayı içeriyordu. Ancak tahminleri çoğu zaman yanlıştı ve basın genellikle eleştirmek için hızlıydı.

1950'lerde süper bilgisayarlar tahmin topluluğuna tanıtıldığında büyük bir adım atıldı. İlk bilgisayar modeli, bugünkü modellerden çok daha basitti ve 750km'den fazla bir aralıkta bir ızgaradaki sadece bir değişkeni tahmin ediyordu.

Bu çalışma, ilkeleri hala aynı yaklaşıma ve aynı matematiğe dayanan modern tahminlerin önünü açmıştır, ancak günümüzde modeller çok daha karmaşık ve daha fazla değişken öngörmektedir.

Günümüzde bir hava tahmini tipik olarak bir hava durumu modelinin birden fazla çalışmasından oluşur. Operasyonel hava merkezleri genellikle, yerel bir alan üzerinde çalışan daha yüksek çözünürlüklü bir modele geçirilen, yaklaşık 10 km uzunluğunda bir ızgara aralığı olan küresel bir model çalıştırır.

Tahminlerdeki belirsizlik hakkında bir fikir edinmek için birçok hava durumu merkezi, her biri ilk anlık görüntüde yapılan küçük değişikliklerle birlikte, bir dizi paralel tahmin yürütür. Bu küçük değişiklikler tahmin sırasında büyür ve tahmin edicilere bir şey olma ihtimalinin bir tahminini verir - örneğin, yağmur yağma olasılığı yüzdesi.

Tahminin Geleceği

Süper bilgisayar çağı, hava durumu tahmin biliminin (ve aslında iklim tahmininin) gelişmesine izin vermede çok önemli olmuştur. Modern süper bilgisayarlar saniyede binlerce trilyonlarca hesaplama yapabilir ve petabayt verilerini depolayabilir ve işleyebilir. İngiltere'deki Met Office'teki Cray süper bilgisayarı, yaklaşık bir milyon Samsung Galaxy S9 akıllı telefonun işlem gücüne ve veri deposuna sahip.

Bu, modellerimizi yüksek çözünürlüklerde çalıştıracak işleme gücüne sahip olduğumuz ve tahminlerimize çok sayıda değişken dahil ettiğimiz anlamına gelir. Bu aynı zamanda, ilk “anlık görüntüsümüzü” oluştururken daha fazla girdi verisini işleyebileceğimiz anlamına gelir, bu da tahminde bulunmak için atmosferin daha doğru bir resmini oluşturur.

Bu gelişme, tahmin becerisinde bir artışa yol açmıştır. Bunun temiz bir nicelemesi bir Doğa 2015'ten itibaren Peter Bauer, Alan Thorpe ve Gilbert Brunet tarafından yapılan çalışmalarda, hava durumu tahminindeki ilerlemeleri “sessiz bir devrim” olarak nitelendirdi.

Bugünlerde beş günlük bir tahminin doğruluğunun yaklaşık 20 yıl önceki üç günlük tahmininkiyle karşılaştırılabilir olduğunu ve her on yılda da bir günlük beceriye layık olduğumuzu gösteriyorlar. Temel olarak, bugünün üç günlük tahminleri, on yıl önceki iki günlük tahmin kadar kesindir.

Ancak bu beceri artışının geleceğe devam etmesi muhtemel midir? Bu kısmen, süper bilgisayar teknolojisi ile ne kadar ilerleme kaydedebileceğimize bağlı. Daha hızlı süper bilgisayarlar, modellerimizi daha yüksek çözünürlükte çalıştırabileceğimizi ve tahmin becerisinin daha da iyileştirilmesine yol açan teoride daha atmosferik süreçleri temsil edebileceğimizi ifade eder.

Moore Yasasına göre, bilgi işlem gücümüz 1970'lerden bu yana iki yılda bir ikiye katlanıyor. Ancak, bu son zamanlarda yavaşlıyor, bu nedenle modellerimizin hesaplama verimliliğini artırmak gibi gelecekteki ilerlemelerin yapılması için başka yaklaşımlar gerekebilir.

Öyleyse, havanın yüzde 100 doğrulukla tahmin edebileceğiz mi? Kısacası hayır. Atmosferde rastgele hareketlerde 2 × 10⁴⁴ (200.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000) molekül vardır - hepsini temsil etmeyi denemek zor olur. Havanın kaotik doğası, atmosferdeki süreçler hakkında varsayımlarda bulunmak zorunda olduğumuz sürece, bir modelin her zaman hata yapma potansiyeli olduğu anlamına gelir.

Hava durumu modellemesinde ilerleme, bu istatistiksel sunumları iyileştirebilir ve daha gerçekçi varsayımlar yapmamıza izin verebilir ve daha hızlı süper bilgisayarlar, hava durumu modellerimize daha fazla ayrıntı ya da çözüm ekleyebilmemize izin verebilir, ancak, tahminlerin merkezinde, her zaman biraz varsayımlar.

Bununla birlikte, bu varsayımların iyileştirilmesine yönelik araştırma yapıldığı sürece, hava durumu tahminlerinin geleceği parlak gözükmektedir. Ancak, mükemmel tahmine ne kadar yaklaşabileceğimizi görüyoruz.

Bu yazı ilk olarak The Jonvers of Jon Shonk tarafından yayımlandı. Orijinal makaleyi buradan okuyun.