Einstein, Newton, Maxwell ve diğerleri gibi bilim adamları gerçek olayları kesinlik ve doğrulukla tahmin edebilen teorik fizik oluştururken, meteoroloji bilimcileri (hava durumu ve atmosfer uzmanları) farklı bir gerçeklikle karşı karşıya kaldı.
Meteorologların hava durumu hakkındaki tahminleri genellikle gerçek olaylarla çelişir.
İnsanlar gelecekte yüzlerce yıldır gezegenlerin, uyduların, kuyruklu yıldızların konumlarını doğru bir şekilde tahmin edebildiler, ancak yine de gelecekte havanın nasıl olacağını doğru bir şekilde tahmin edemiyorlar mı? Yağmur yağıyor mu? Sıcaklık nedir?
Hava durumu bilimi hızla gelişti
Matematikçi Lewis Fry Richardson, önümüzdeki 6 saat için hava durumunu tahmin etmek için 6 hafta boyunca elle saydığında, hava bilimi veya meteoroloji bir asır önce gelişmeye başladı.
Hava durumu tahmini bilgisayarın ilerlemesine bağlıdır. Meteorologlar için bu büyük bir başarıdır. Bizim için, genel halk için, gerçekten önemli değil.
Hava tahmini, en azından son 20 yıldır önemli gelişmeler yaşadı.
Bugün yapılan 3 günlük hava durumu tahmini, 20 yıl önce yaptıkları bir günlük hava tahmininden daha iyi.
Bugün hava durumu bilimcileri, havayı tahmin etmek için matematiksel denklemler kullanan sayısal tahminler olmadan çalışamazlar.
Bu matematiksel denklemin hesaplanması, karmaşık bir bilgisayar ve karada, denizde ve havada çok sayıda fiziksel parametre verisi gerektirir.
Atmosferde rastgele hareket eden 2 × 10⁴⁴ (200,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000) molekül var ve biz tüm bu moleküllerin hareketlerini gerçekten çok zor bir şekilde hesaplamaya çalışıyoruz.
Toplanması ve işlenmesi gereken milyonlarca veri
Kısa vadeli tahminler sıcaklığa, bulutlara, yağışa, rüzgar ve hava basıncına bağlıdır. Uzun vadeli tahminler, kara ve deniz sıcaklıklarını, okyanus akıntılarını, hava kirliliğini ve diğerlerini ekler.
Yarın için hava durumunu tahmin etmek büyük çaba gerektirir. BMKG, her gün yerinde istasyonlardan ve ayrıca hava balonlarından ve uydulardan alınan milyonlarca gözlemsel veriyi toplar.
Ayrıca şunu okuyun: Neden Matematik Çalışmalı? Logaritma Kullanarak Siomay Satın Almayın, Değil mi?Bir hava durumu istasyonu bu kadar fazla bilgi toplayamaz. Zaman içinde birden çok konumda veri toplayan geniş bir hava durumu istasyonları ağı kullanır.
Bazı istasyonlar, en azından rüzgar hızını ve yönünü ölçmek için bir anemometre, yağış miktarını ölçmek için bir su deposu, sıcaklık ve nemi ölçmek için bir hidrotermometre içeren karada yer almaktadır.
Diğer birkaç istasyon okyanusta yüzüyor, şamandıraya gözlem ekipmanı yerleştirildi. Ve hala hareketli istasyonlar, uçaklara ve gemilere kurulu gözlem ekipmanları var. Üst atmosferden veri almak için ayrıca hava durumu uyduları ve radiosonde balonları.
Tüm bu istasyonlardan gelen tüm fiziksel parametre verileri, her gün 1 milyondan fazla veri üretir.
Dizüstü bilgisayarınız veya bilgisayarınız bu verileri işlemek bir yana saklayamaz. Ancak meteorologların süper bilgisayarları, saniyede milyonlarca veriyi hesaplayabilen güçlü motorları var.
Hava durumunu tahmin etmek için süper bilgisayar
Amerika Birleşik Devletleri'nde, Ulusal Çevresel Tahmin Merkezleri (NCEP) tarafından işletilen bir süper bilgisayar var. Süper bilgisayarlarla çalışan, 2,6 petabayt veri ile çalışan 10 000'den fazla işlemci vardır.
Burada, gözlemlenen veriler, hava koşullarının zaman içinde nasıl değiştiğini tahmin etmek için karmaşık matematiksel modelleme denklemleri kullanan bir süper bilgisayar beynine besleniyor. Bu süper bilgisayar tahmininin sonuçları daha sonra televizyon, internet sayfaları, uygulamalar ve diğerleri aracılığıyla kamuoyuna yayınlanır veya yayılır.
Bu süper bilgisayarın, bu kadar ileri teknolojiye sahip olsa bile muhtemelen hata yapamayacağını düşünmeyin, bu süper bilgisayar, hava durumunu tahmin etmenin büyük zorluğuyla yüzleşecek kadar yetenekli değil.
Her biri çeşitli farklı değişkenlerden etkilenen büyük ölçekli hava olayları. Örneğin, güneş radyasyonunun Dünya yüzeyini nasıl ısıtacağını, hava basıncındaki farklılıkların rüzgarları nasıl yönlendireceğini ve su, erime ve buharlaşma fazındaki değişikliklerin enerji akışını nasıl etkileyeceğini düşünün.
Meteorologlar artık kaosla başa çıkmak için sürekli güncellenen teknoloji ve teknikleri kullanıyorlar; örneğin, her biri farklı bir başlangıç noktası kullanan çeşitli tahminlere dayanan bir topluluk kullanarak tahmin yapmak gibi.
Topluluktaki tüm tahminler aynı görünüyorsa, havanın normal olma eğiliminde olacağı tahmin edilir. Çarpıcı şekilde farklı görünen tahminler varsa, havanın değişme eğilimi göstereceği tahmin edilir.
Ayrıca şunu okuyun: Tardigrade nedir? Neden Ay'a gittin?Ne yazık ki, kaos hala var, meteorologlar hava durumunu asla kesin olarak tahmin edemezler. Fırtına, kasırga veya aşırı yağmur olsun, her zaman küçük bir uyarı ile felaket getirecektir.
Kaos, evrenin doğası olarak düzensizlik
Bu karmaşık hesaplamadaki değişkenlerin herhangi birinde yapılacak küçük değişiklikler, gelecekteki hava durumu üzerinde büyük bir etkiye sahip olabilir. MIT'den bir meteorolog olan Edwan Lorenz buna kelebek etkisi diyor.
Basitçe böyle tasvir edildiğinde, bir Asya ormanının ortasında bir kelebeğin kanatlarını çırpmak New York'ta şiddetli yağmura neden olabilir.
İlk koşullardaki küçük değişikliklerin nihai sonucu büyük ölçüde değiştirebileceği hava sistemleri gibi süper karmaşık sistemleri tanımlayan bilimsel bir ilke olan kaos teorisinin babası olarak bilinir.
Bu kaos veya düzensizlik nedeniyle, hava tahminlerinin doğru kabul edildiği zamanın bir sınırı vardır. Lorenz bu sınırı iki hafta içinde belirledi.
Dahası, atmosferi simüle etmek için kullanılan sayısal denklemler de çoğaltılabilen küçük hatalarla kaosa tabidir.
Yüksek enlem alanlarındaki hava durumu, düşük basınçlı sistemlerden etkilenen farklı hava kütlelerinin buluşma hareketinden çok etkilenir. Hava kütlelerinin hareketini tahmin etmek nispeten kolaydır çünkü yavaş yavaş hareket eder.
Bu arada, Dünya gibi tropikal bölgelerde, güneşten çok fazla enerji alır ve bu da konveksiyon aktivitesini daha kaotik hale getirir, böylece tahmin edilmesi daha zor olur.
Doğadaki kaos, atmosferdeki süreçler hakkında varsayımlar yapmaya devam ettiğimiz sürece, modellerin her zaman hata yapma potansiyeli olacağı anlamına gelir.
Gelecekte hava nasıl tahmin edilebilir?
Hem mekansal hem de zaman açısından yüksek çözünürlüklü veriler gereklidir. Çeşitli yerlerde milyonlarca hava gözlem istasyonuna ihtiyacı var.
Neyse ki günümüz teknolojisindeki gelişmelerle, hava istasyonları daha küçük ve daha mobil olabilir. Bu hava durumu gözlem istasyonu muhtemelen herkesin evinde veya bir akıllı telefonda bile bir araçta olacak.
Giderek daha fazla veri toplandıkça, daha gelişmiş ve daha hızlı süper bilgisayarlara ihtiyaç duyulmaktadır.
Hava için kendi hazırlıklı olmamızdan daha yararlı hiçbir şey yoktur. Söylendiği gibi, yağmur yağmadan önce bir şemsiye bulundurun.
Referans
- Neden Hava Durumu Tahmini her zaman biraz yanlış olacak
- Bilim adamı neden hava durumunu tahmin edemez?