بينما كان علماء مثل أينشتاين ونيوتن وماكسويل وغيرهم قادرين على إنشاء فيزياء نظرية قادرة على التنبؤ بأحداث حقيقية بدقة ودقة ، بينما واجه علماء الأرصاد الجوية (خبراء الطقس والغلاف الجوي) حقيقة مختلفة.
غالبًا ما تتعارض تنبؤات علماء الأرصاد الجوية حول الطقس مع الأحداث الحقيقية.
لقد تمكن البشر من التنبؤ بدقة بمواقع الكواكب والأقمار والمذنبات لمئات السنين في المستقبل ، لكنهم ما زالوا غير قادرين على التنبؤ بدقة كيف سيكون الطقس يومًا ما في المستقبل؟ هل تمطر؟ ما هي درجة الحرارة؟
تطور علم الطقس بسرعة
بدأ علم الطقس أو علم الأرصاد الجوية في التطور منذ قرن من الزمان ، عندما قام عالم الرياضيات لويس فراي ريتشاردسون بالعد يدويًا لمدة 6 أسابيع للتنبؤ بالطقس لمدة 6 ساعات قادمة.
يعتمد التنبؤ بالطقس على تقدم الكمبيوتر. بالنسبة لخبراء الأرصاد هو إنجاز ضخم. بالنسبة لنا ، عامة الناس ، لا يهم حقًا.
شهدت التنبؤات الجوية تطورات مهمة على مدار العشرين عامًا الماضية على الأقل.
إن التنبؤ بالطقس لمدة 3 أيام الذي تم إجراؤه اليوم أفضل من التنبؤ بالطقس ليوم واحد كما فعل قبل 20 عامًا.
لا يستطيع علماء الطقس اليوم العمل بدون التنبؤ العددي ، والذي يستخدم المعادلات الرياضية للتنبؤ بالطقس.
يتطلب حساب هذه المعادلة الرياضية جهاز كمبيوتر معقدًا والكثير من بيانات المعلمات الفيزيائية المتاحة على الأرض والبحر والجو.
هناك 2 × 10⁴⁴ (200.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000) جزيء في الغلاف الجوي يتحرك بشكل عشوائي ، ونحن نحاول حساب حركات كل هذه الجزيئات ، بصعوبة بالغة.
يجب جمع ملايين البيانات ومعالجتها
تعتمد التنبؤات قصيرة المدى على درجة الحرارة والغيوم والأمطار والرياح وضغط الهواء. التنبؤات طويلة المدى ، إضافة إلى درجات حرارة الأرض والبحار ، وتيارات المحيطات ، وتلوث الهواء وغيرها الكثير
يتطلب توقع طقس الغد قدرًا كبيرًا من الجهد. تجمع BMKG الملايين من بيانات الرصد كل يوم مأخوذة من المحطات الموجودة في الموقع ، وكذلك من بالونات الطقس والأقمار الصناعية.
اقرأ أيضًا: لماذا دراسة الرياضيات؟ لا تشتري Siomay باستخدام اللوغاريتمات ، أليس كذلك؟لا تستطيع محطة طقس واحدة جمع الكثير من المعلومات. يستخدم شبكة كبيرة من محطات الطقس التي تجمع البيانات في مواقع متعددة بمرور الوقت.
توجد بعض المحطات على الأرض التي تتكون على الأقل من مقياس شدة الريح لقياس سرعة الرياح واتجاهها ، وخزان المياه لقياس هطول الأمطار ، ومقياس الحرارة المائية لقياس درجة الحرارة والرطوبة.
تطفو عدة محطات أخرى في المحيط ، وقد تم تركيب معدات المراقبة في العوامة. ولا تزال هناك محطات متحركة ومعدات مراقبة مثبتة على الطائرات والسفن. بالإضافة إلى الأقمار الصناعية الخاصة بالطقس وبالونات المسبار اللاسلكي للحصول على البيانات من الغلاف الجوي العلوي.
تولد جميع بيانات المعلمات المادية من جميع هذه المحطات أكثر من مليون بيانات كل يوم.
لن يتمكن الكمبيوتر المحمول أو الكمبيوتر من تخزين هذه البيانات ، ناهيك عن معالجتها. لكن علماء الأرصاد الجوية لديهم أجهزة كمبيوتر فائقة ، ومحركات قوية قادرة على حساب ملايين البيانات في الثانية.
سوبر كمبيوتر للتنبؤ بالطقس
يوجد في الولايات المتحدة جهاز كمبيوتر خارق تديره المراكز الوطنية للتنبؤ البيئي (NCEP). من خلال العمل مع أجهزة الكمبيوتر الفائقة ، يوجد أكثر من 10000 معالج ، يعمل مع 2.6 بيتابايت من البيانات.
هناك ، يتم تغذية البيانات المرصودة في دماغ الكمبيوتر الفائق ، والذي يستخدم معادلات النمذجة الرياضية المعقدة للتنبؤ بكيفية تغير الأحوال الجوية بمرور الوقت. يتم بعد ذلك بث نتائج هذا التنبؤ الحاسوبي الفائق أو نشره للجمهور عبر التلفزيون وصفحات الإنترنت والتطبيقات وغيرها.
لا تعتقد أن هذا الكمبيوتر العملاق لا يمكن أن يخطئ ، حتى مع هذه التكنولوجيا المتقدمة ، فإن هذا الكمبيوتر العملاق غير قادر تمامًا على مواجهة التحدي الكبير المتمثل في التنبؤ بالطقس.
ظواهر الطقس واسعة النطاق ، يتأثر كل منها بمجموعة متنوعة من المتغيرات المختلفة. على سبيل المثال ، فكر في كيفية تسخين الإشعاع الشمسي لسطح الأرض ، وكيف ستؤدي الاختلافات في ضغط الهواء إلى دفع الرياح ، وكيف ستؤثر التغيرات في طور الماء والذوبان والتبخر على تدفق الطاقة.
يستخدم خبراء الأرصاد الآن التكنولوجيا والتقنيات التي يتم تحديثها باستمرار للتعامل مع الفوضى ، مثل التنبؤ باستخدام مجموعة ، والتي تستند إلى عدة تنبؤات ، كل تنبؤ يستخدم نقطة بداية مختلفة.
إذا كانت جميع التوقعات في المجموعة متشابهة ، فمن المتوقع أن يكون الطقس طبيعيًا. إذا كانت هناك تنبؤات تبدو مختلفة بشكل لافت للنظر ، فمن المتوقع أن يتغير الطقس.
اقرأ أيضًا: ما هي بطيئات المشية؟ لماذا وصلت إلى القمر؟لسوء الحظ ، لا تزال الفوضى قائمة ، ولا يمكن لخبراء الأرصاد الجوية أبدًا التنبؤ بالطقس بشكل مؤكد. سواء كانت هناك عاصفة أو إعصار أو أمطار غزيرة ، فستحدث دائمًا كارثة مع تحذير صغير.
الفوضى والاضطراب كطبيعة الكون
التغييرات الصغيرة في أي من المتغيرات في هذا الحساب المعقد يمكن أن يكون لها تأثير كبير على الطقس في المستقبل. إدوان لورنز ، عالم الأرصاد الجوية من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، يسمي هذا تأثير الفراشة.
ببساطة ، يمكن أن يتسبب رفرفة أجنحة الفراشة في وسط غابة آسيوية في حدوث أمطار غزيرة في مدينة نيويورك.
يُعرف باسم أب نظرية الفوضى ، وهو مبدأ علمي يصف الأنظمة فائقة التعقيد ، مثل أنظمة الطقس ، حيث يمكن للتغييرات الصغيرة في الظروف الأولية أن تغير النتيجة النهائية بشكل كبير.
بسبب هذه الفوضى أو عدم الانتظام ، هناك حد عندما تعتبر تنبؤات الطقس دقيقة. حدد لورنز هذا الحد في أسبوعين.
علاوة على ذلك ، فإن المعادلات الرقمية المستخدمة لمحاكاة الغلاف الجوي تخضع أيضًا للفوضى ، مع وجود أخطاء صغيرة يمكن مضاعفتها.
يتأثر الطقس في مناطق خطوط العرض العالية كثيرًا بحركة التقاء الكتل الهوائية المختلفة التي تتأثر بأنظمة الضغط المنخفض. من السهل نسبيًا التنبؤ بحركة الكتل الهوائية لأنها تتحرك تدريجيًا.
في هذه الأثناء ، في المناطق الاستوائية مثل العالم ، تتلقى الكثير من الطاقة من الشمس مما يجعل نشاط الحمل الحراري أكثر فوضوية بحيث يصعب التنبؤ به.
تعني الفوضى في الطبيعة أنه طالما استمررنا في وضع افتراضات حول العمليات في الغلاف الجوي ، فسيكون هناك دائمًا احتمال أن ترتكب النماذج أخطاء.
كيف يمكن توقع الطقس في المستقبل؟
البيانات عالية الدقة مطلوبة من الناحية المكانية والزمانية. يحتاج إلى أكثر من ذلك بكثير ، الملايين من محطات مراقبة الطقس في مواقع مختلفة.
لحسن الحظ ، مع التقدم التكنولوجي اليوم ، يمكن أن تكون محطات مراقبة الطقس أصغر حجمًا وأكثر قدرة على الحركة. من المحتمل أن تكون محطة مراقبة الطقس هذه في منزل الجميع ، أو في سيارة حتى على هاتف ذكي.
مع جمع المزيد والمزيد من البيانات ، هناك حاجة إلى أجهزة كمبيوتر عملاقة أكثر تقدمًا وأسرع.
لا شيء أكثر فائدة من استعدادنا للطقس. كما يقول المثل ، احتفظ بمظلة قبل أن تمطر.
مرجع
- لماذا سيكون الطقس خاطئًا دائمًا
- لماذا لا يستطيع العلماء التنبؤ بالطقس