Kaip atsiranda oras ir kaip tiksliai galite jį nuspėti?

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Sinoptikai žada saulėtą dieną, o už lango – pūgą. Prognozių netikslumai siejami tiek su greitai besikeičiančiomis aplinkos sąlygomis, tiek su globaliomis klimato transformacijomis. Nepaisant to, šiuolaikiniai meteorologai padarė proveržį prognozuojant, šiandien tam naudojami matematiniai algoritmai, kuriami nauji metodai ir priemonės esamoms oro sąlygoms tirti.

Kaip gamtos reiškiniai tyrinėjami šiandien ir ar įmanoma sudaryti visiškai tikslias prognozes ateityje, buvo nesunkiai prieinama Amerikos mokslo populiarinimo žurnale „Discover“. T&P pritaikė straipsnį ir išvertė.

Kaip atsiranda oras

Žemės atmosferos sluoksnį daugiausia sudaro azotas, deguonis ir vandens garai. Šis oras elgiasi kaip skystis ir, tekėdamas iš vienos vietos į kitą, keičia temperatūrą, drėgmę ir kitas charakteristikas. Oras yra šalutinis atmosferos produktas, pernešantis šilumą iš vienos vietos į kitą.

Vėsesnis oras yra tankus ir negali išlaikyti daug drėgmės; šiltesnis oras yra mažiau tankus ir gali išlaikyti daugiau vandens. Kai susiduria skirtingos temperatūros ir tankio oro sritys, įvyksta lietus, nes iš atvėsusio šilto oro susidaro vanduo. Gali atsirasti kitų kritulių. Kai šiltas, drėgnas oras kyla aukštyn, jis atvėsta ir vanduo kondensuojasi ant ore pakibusių dalelių. Kylantys lašeliai tampa sunkesni ir vėliau nukrenta į Žemę.

Uraganas susidaro, kai jūros vanduo įkaista virš 27 ℃ ir greitai išgaruoja, o oras virš vandenyno įšyla ir pakyla. Į jo vietą ateina šalto oro srovės, kurios taip pat įkaista ir kyla aukštyn. Šie judesiai sukelia stiprų vėją, susidaro uraganas.

Kaip gamtos reiškiniai buvo tiriami anksčiau

Moksliniai orų stebėjimai prasidėjo Renesanso epochoje, kai buvo išrasti barometrai ir termometrai. Senovės Europos mokslininkai, tokie kaip Galilėjus, naudojo šias priemones oro reiškiniams paaiškinti.

Tačiau ankstyvos prognozės buvo ribotos ir pagrįstos tik prielaida, kad praeitis nulems būsimą elgesį.

„Jei šiandien yra audra Kanzase, o kitą dieną Misūryje, galite pasakyti, kad kitą dieną ji ateis į Ilinojų“, – aiškina meteorologas ir knygos „Weather Underground“autorius Bobas Hensonas.

Šis metodas veikia esant pastovioms sąlygoms – kai audra pamažu juda arba kai vietinis klimatas mažai keičiasi kiekvieną dieną (pavyzdžiui, Pietų Kalifornijoje).

Tačiau šis paprastas būdas neatsižvelgia į besikeičiančias sąlygas: pavyzdžiui, audros greitai susidaro dėl konvekcijos (oro tūrių judėjimo iš vieno aukščio į kitą, dėl Archimedo jėgos. – Red.). Laimei, šiandieniniame pasaulyje yra naujų būdų prognozuoti orą. Prognozes daro ne žmonės, žiūrintys į žemėlapius ir vakarykštes aukštumas bei žemumas, jas daro mašinos.

Naujausios orų prognozės

Meteorologai naudoja skaitmenines orų prognozes, įvesdami duomenis apie esamas oro sąlygas. Tada jie apdorojami kompiuteriniu modeliu. Kuo aktualesnė ir tikslesnė informacija bus įvesta, tuo tikslesnė bus prognozė. Šiems duomenims gauti naudojami tokie instrumentai kaip oro balionas, lėktuvai, palydovai ir vandenyno plūdurai.

Orų modeliai padalija regioną, valstiją ar net visą Žemės rutulį į ląsteles. Jų dydis turi įtakos prognozės tikslumui. Dideliuose stačiakampiuose sunkiau matyti, kas vyksta mažuose plotuose, tačiau jie suteikia bendrą vaizdą apie orų tendencijas laikui bėgant. Ši bendra prognozė reikalinga, pavyzdžiui, norint nustatyti audros judėjimą.

Maži langeliai su didesne skyra leidžia prognozuoti trumpesnį laikotarpį – vieną ar dvi dienas – ir apima tik tam tikrą sritį. Kai kurie modeliai gali sutelkti dėmesį į konkrečius duomenis, pvz., vėjo greitį, temperatūrą ir drėgmę. Todėl du kompiuteriniai modeliai gali duoti šiek tiek skirtingus rezultatus net ir esant lygiai tokiems pradiniams stebėjimams.

Ar įmanomos tobulos prognozės?

„Kompiuterinių modelių pakanka kasdienėms orų prognozėms, todėl meteorologai čia daug nepridės“, – sako Kolorado valstijos universiteto atmosferos mokslų docentas Schumacheris. – Bet tai nereiškia, kad žmonės visai nereikalingi. Sinoptikas gali atpažinti kompiuterinės sistemos atkuriamų duomenų netikslumus.

Kritulius daug sunkiau nuspėti nei temperatūrą, sako Mattas Kölschas, Boulder universiteto Atmosferos tyrimų korporacijos hidrometeorologas.

„Temperatūra yra ištisinis laukas, ji yra visur. Krituliai yra protarpinis laukas, vietomis gali lyti ar snigti, o kitur visai nebus.

Vietovės kraštovaizdžio ypatybės, tokios kaip kalvos, pakrantės, turi įtakos kritulių kiekiui, o kompiuteriniai modeliai ne visada į tai atsižvelgia. Kölschas teigia, kad meteorologas reikalingas, kad prognozuotų 24–36 valandas. Nuspėti didelio poveikio situacijas, tokias kaip uraganai, tornadai ir potvyniai, yra sudėtingiau ir reikia tiek žmogiškųjų išteklių, tiek kompiuterinių sistemų.

Nuo šeštojo dešimtmečio greiti kompiuteriai tampa vis tikslesniu prognozavimu. Pasak Nacionalinės vandenynų ir atmosferos administracijos, šiandieninė penkių dienų prognozė yra tiksli maždaug 90% laiko.

7 dienų prognozė pasitvirtina 80 % atvejų, o 10 dienų – 50 %.

Šiandien penkių dienų uragano prognozė yra patikimesnė nei keturių dienų prognozė 2000-ųjų pradžioje ir trijų dienų prognozė 1990-aisiais. O 2015 m. gamtos dokumente nustatyta, kad prognozės nuo trijų iki dešimties dienų per dešimtmetį pagerėjo maždaug viena diena, o tai reiškia, kad dabartinė šešių dienų prognozė yra tokia pat tiksli kaip ir penkių dienų prognozė prieš 10 metų.

Deja, dideli klimato pokyčiai apsunkina prognozavimo procesą. Sklando pokštas, kad Honkonge plazdantis drugelis gali pakeisti orą Niujorke. Šią idėją 1972 metais iškėlė matematikas ir meteorologas Edwardas Lorenzas. „Drugelio efektas“yra tas, kad nedideli pokyčiai gali turėti didžiulę įtaką visos sistemos vystymuisi.

Praktiškai tai reiškia, kad vienas kompiuterio modelis, paleistas daugiau nei vieną kartą, net ir esant mažiausiems esamų sąlygų skirtumams, gali duoti skirtingas prognozes. Dėl šios priežasties galima prognozavimo riba yra maždaug 14 dienų, sako Bobas Hensonas.

„Lorenzas iš esmės sakė, kad neįmanoma numatyti oro sąlygų ilgiau nei dvi savaites, nes šie maži drugelio sparnai ir daugybė kitų smulkmenų lems didelius pokyčius“, – sako Hensonas.

Meteorologas Judtas įsitikinęs, kad žmonija niekada negali numatyti perkūnijos daugiau nei prieš porą valandų, kad ir kokie geri būtų stebėjimai.

„Uraganų ir audrų, kurios yra daug stipresnės (ir todėl lengviau aptikti iš anksto), laikotarpis gali būti nuo dviejų iki trijų savaičių“, - sako jis.

Rengdami prognozes, meteorologai į neapibrėžtumus atsižvelgia kelis kartus naudodami matematinį modelį. Tuo pačiu tai duos šiek tiek kitokį rezultatą, tačiau dauguma jų bus panašūs. Dažniausi bus galutinis rezultatas.