چطور آب و هوا را پیش بینی می کنیم؟ 5 قدم و اثر پروانه ای

پیش بینی آب و هوا نقش مهمی در زندگی ما دارد. از تفریح تا فعالیت‌های اقتصادی به آب و هوا گره خورده است. هفته آینده آسمان می‌بارد یا آفتاب سوزان خواهیم داشت؟

جواب این سوال به ناخدای کشتی می‌گوید: سفر شما در دریا امن خواهد بود. در کوچک‌ترین اتفاق، سرنوشت پیک نیک آخر هفته شما را مشخص می‌کند.

پیش بینی شرایط آسمان از 40 سال پیش آغاز نشده است. در واقع ارتباطی به رایانه‌های پیشرفته ندارد. برای صدها سال، مردم از انواع روش‌ها برای پیش بینی آب و هوا کمک می‌گیرند.

برخی به آسمان نگاه می‌کردند و برخی دیگر از تاریخچه آب و هوای منطقه کمک می‌گرفتند. دقیق نبود اما محدوده را مشخص می‌کرد.

به عصر رایانه باز می‌گردیم، امروز که پیش بینی آسمان با دنیای دیجیتال گره خورده است. رایانه چطور آب و هوا را پیش بینی می‌کند؟ برای رسیدن به جواب سوال، چند قدم روکیدا را همراهی کنید.

1. محاسبه قبل از رایانه

قبل از دستگاه‌های ارتباط سریع مانند تلگراف و تلفن، به دست آوردن اطلاعات به روز آب و هوا برای سایر نقاط جهان تقریبا غیر ممکن بود.

افراد بسته به آنچه که می‌توانستند ببینند و احساس کنند در آن شرکت می‌کردند. شرایط سایه آسمان، مقدار رطوبت و فشار هوا که شخص لمس می‌کرد، معیار پیش بینی بودند.

به طور کلی هر کدام از مردم باید پیش بینی را انجام می‌داد. یک شبکه تلویزیونی وجود نداشت که شرایط آب و هوای هر منطقه را اعلام کند.

جای علم خالی بود. مردم برای آنچه که درک نمی‌کردند از خرافات کمک گرفتند. در نهایت همکاری ابر و مه و خورشید تا دو روز آینده قابل پیش بینی بود.

از اواخر صده 1800 میلادی پیش بینی آب و هوا در میان علوم قرار گرفت. شبکه‌های خدمات آب و هوایی با یکدیگر ارتباط برقرار کردند.

در نتیجه ارتباط آن‌ها یک شبکه اطلاعاتی برای آسمان شکل گرفت. آب و هوا ارتباطی به آب ندارد. شرایط آسمان بالای سر شما با اطراف شما ارتباط مستقیم دارد.

این که بدانید یک شهر آن طرف شما چه اتفاقی می‌افتد، می‌تواند به پیش بینی وضعیت شما کمک کند. قبل از دنیای رایانه‌ها، کارشناسان هواشناسی اطلاعات آب و هوا را به شکل دستی روی نقشه‌ها ترسیم می‌کردند.

آن‌ها اطلاعات طولانی مدت را برای پیدا کردن روندها و الگوها زیر تیغ تجزیه و تحلیل قرار می‌دهند. حتی قبل از ورود دنیای دیجیتال به زندگی انسان، آن‌ها ابزارهایی در اختیار داشتند.

برای مثال: آن‌ها از بالن‌های آب و هوا کمک می‌گرفتند تا نمونه‌هایی از ارتفاع بالاتر جمع آوری کنند.

2. تولد اثر پروانه‌ای

اصطلاح اثر پروانه‌ای برای اولین بار در دهه 1960 توسط یک هواشناس به نام ادوارد لورنز مطرح شد. البته که تا قبل از او افراد زیادی در مورد اثر پروانه‌ای بحث کرده بودند.

لورنز از این واژه برای توصیف حساسیت سیستم‌های آب و هوا استفاده کرد. او به بررسی دوباره اطلاعات گذشته مشغول شد. در نتیجه بررسی دوباره، یک نکته عجیب را متوجه شد.

حتی کوچک‌ترین تغییر در اعداد باعث تغییر در پیش بینی می‌شود. تغییر در اعداد آنقدر کوچک بود که لورنز، آن‌ها را با بال زدن پروانه در یک سوی جهان تشبیه کرد.

یک بال زدن که به طوفان شدید در آن سوی جهان تمام می‌شد.

3. رایانه تنها بخش کوچکی از معادله است

کمی باید از بازی با واژه‌ها برای شما صحبت کنیم. رایانه معادل کامپیوتر در زبان فارسی به حساب می‌آید. کامپیوتر (Computer) به معنی محاسبه گر است.

کامپیوتر از ریشه کامپیوت (Compute) می‌آید. کامپیوتر در گذشته یک شغل برای انسان‌ها بود. افرادی با دانش ریاضی محاسبات را انجام می‌دادند.

شغل آن‌ها با رایانه جایگزین شد که کار محاسبه را به شکل خودکار انجام می‌دهد. برای جلوگیری از اثر پروانه‌ای، وظیفه محاسبه اعداد به رایانه سپرده شد.

البته باید بدانید که رایانه‌های امروز هم بی نقص نیستند. در نهایت باید بگوییم که قدرتمندترین رایانه‌های امروز توانایی پیش بینی صد در صد هوا را ندارند.

مدل‌های امروز پیش بینی آب و هوا، شرایط 5 روز آینده را با دقت 90 درصد تشخیص می‌دهند. دقت انجام کار بعد از 5 روز به شدت کاهش پیدا می‌کند.

دقت انجام کار در پیش بینی 7 روزه تا 80 درصد و برای تعداد روزهای بیش‌تر تا 50 درصد کاهش می‌یابد.

4. رایانه‌ها چطور آب و هوا را پیش بینی می‌کنند؟

آن‌ها از مدل استفاده می‌کند. این مدل درون رایانه ساخته می‌شود. یک مدل مجموعه‌ای از دستورالعمل‌ها است که رایانه برای شبیه سازی یک ویژگی یا پدیده در دنیای واقعی دنبال می‌کند.

مدل‌های مدرن پیش بینی بر اساس تحلیل اطلاعات کار می‌کنند. روند آن‌ها شباهت زیادی به تشخیص صعود یا سقوط بازار سهام دارد.

برای اطلاع از اتفاقات آینده، باید گذشته را خوب بدانید. رایانه‌ها تمام گذشته را در اختیار دارند. پیش بینی شرایط جو با رایانه شروع نمی‌شود، با اطلاعات آغاز می‌شود.

کارشناسان هواشناسی اطلاعات را با استفاده از ابزارهای مختلف جمع آوری می‌کنند. منبع اطلاعات آن‌ها تمام جهان است. آیا ابزارهای هواشناسی را می‌شناسید؟

آن‌ها از پَره‌ها برای اندازه گیری سرعت باد، دماسنج برای تشخیص دما، فشار سنج برای تشخیص فشار هوا و رطوبت سنج برای تشخیص مقدار آب در هوا استفاده می‌کنند.

تمام اطلاعات گفته شده در دسترس رایانه گذاشته می‌شود. اطلاعات جدید با اطلاعات گذشته در ترازو مقایسه قرار می‌گیرد. از طرفی معیار واحد برای مقایسه وجود ندارد.

مدل‌های مختلف قسمت‌های خاصی از اطلاعات را هدف قرار می‌دهند. مدل‌ها در نهایت همگام می‌شوند تا یک تصویر کامل ایجاد شود.

5. مدل‌های اقلیمی

مدل‌های اقلیمی معمولا برای پیش بینی تغییرات آب و هوای تمام زمین یا کشورها استفاده می‌شود. هدف آن منطقه بزرگی از جغرافیا است.

روند اقلیمی برای بررسی میانگین آب و هوا به کار می‌آید. هدف آن یک روز یا چند روز نیست. مسئولان مربوطه از نتیجه کار برای تغییر در سیاست‌های کلی کمک می‌گیرند.

مدل‌های مقیاس متوسط

در روند مقیاس متوسط، اطلاعات در محدوده 20 کیلومتر مربع تحلیل می‌شود. آن‌ها اطلاعات مربوط به یک منطقه کوچک را با هدف پیش بینی چند روزه تحلیل می‌کنند.

مدل‌های آماری

این گروه از مدل‌ها روی تجزیه و تحلیل داده‌ها تمرکز می‌کنند. هدف آن‌ها شبیه سازی آب و هوا نیست. مدل‌های آماری اطلاعات مربوط به یک دهه را بررسی کرده و آینده را پیش بینی می‌کنند.

میانگین دما و شرایط آب و هوایی در یک مکان به پیش بینی شرایط کمک می‌کند.

شیبه سازی کامل اتمسفر

اطلاعات جمع آوری شده از ابزارهای هواشناسی به همراه مدل‌های مختلف پیش بینی آب و هوا در شبیه سازی دیجیتالی جو زمین قرار می‌گیرد.

زمان انجام کار افزایش می‌یابد اما نتیجه کار شرایط آب و هوا را در مقیاس جهانی به شما نشان می‌دهد. شبیه سازی جو زمین کار آسانی نیست.

برای دریافت پیش بینی‌ دقیق و پیوسته مراکز هواشناسی از ابر رایانه‌ها کمک می‌گیرند. ابر رایانه‌ها معمولا توان انجام بیش‌تر از 14000 تریلیون محاسبه در ثانیه را دارند.

نتیجه دریافت شده از ابر رایانه کاربردی نیست. نتایج ابر رایانه توسط متخصصان هواشناسی بسیار ماهر مورد بررسی قرار می‌گیرد. آن گروه از اطلاعات با دقت 90 درصد تفسیر و تایید خواهد شد.

نکته ماجرا در تمام روش‌ها و مدل‌ها درصد اطمینان پیش بینی است. تا به امروز دقت 100 درصدی پیش بینی آب و هوا غیر ممکن به حساب می‌آید.

در نهایت باید بدانید پیش بینی شرایط آسمان تنها به آسمان مربوط نیست. یک مدل درست باید چرخش زمین را در نظر بگیرد. دلیل ایجاد فصل‌ها را می‌دانید؟

مدار زمین دایره نیست. دایره نبودن مدار زمین باعث می‌شود پیش بینی شرایط جوی با چرخش زمین ارتباط مستقیم داشته باشد. در مدل‌های پیچیده شرایط ماه را نیز اثر گذار می‌دانند.

آینده پیش بینی آب و هوا

انسان در گذشته‌ توانایی پیش بینی دقیق را نداشت. مردم عادی با نگاه به آسمان شرایط چند ساعت را تشخیص می‌دادند. همان مردم، امروز با دقت بالایی شرایط آب و هوای یک هفته را پیش بینی می‌کنند.

نیاز به پیشرفت وجود دارد. نداشتن یک پیش بینی دقیق از شرایط، هم‌چنان به باغ‌ها و کشاورزی آسیب می‌رساند. هم‌چنان کشتی‌ها درگیر طوفان می‌شوند.

امیدواریم آینده‌ای از راه برسد که هوا را مانند کف دست خود بشناسیم. کارشناسان برای کار به سه مورد نیاز دارند: درک عمیق‌تر از جو زمین، اطلاعات دقیق و پیوسته و رایانه‌های قدرتمند که تمام اطلاعات را در زمان کوتاه تحلیل و مدیریت کند.

به نظر می‌رسد تمام موارد گفته شده در آینده‌ای نه چندان دور ممکن شود. شما چطور فکر می‌کنید؟