איך מזג האוויר נוצר וכמה בדיוק אפשר לחזות אותו?

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

החזאים מבטיחים יום שמשי, ומחוץ לחלון - סופת שלגים. אי דיוקים בתחזיות קשורים הן לתנאי הסביבה המשתנים במהירות והן לתמורות אקלים גלובליות. אף על פי כן, מטאורולוגים מודרניים עשו פריצת דרך בחיזוי, כיום משתמשים באלגוריתמים מתמטיים לשם כך, נוצרות שיטות וכלים חדשים לחקור את תנאי מזג האוויר הנוכחיים.

כיצד חוקרים כיום תופעות טבע והאם ניתן לבצע תחזיות מדויקות לחלוטין בעתיד היה זמין במגזין המדע הפופולרי האמריקאי Discover. T&P עיבד את המאמר ותרגם אותו.

איך מזג האוויר נוצר

שכבת האטמוספירה של כדור הארץ מורכבת בעיקר מחנקן, חמצן ואדי מים. אוויר זה מתנהג כמו נוזל, וזורם ממקום למקום משנה טמפרטורה, לחות ומאפיינים אחרים. מזג האוויר הוא תוצר לוואי של האטמוספירה, הנושאת חום ממקום למקום.

אוויר קריר יותר צפוף ואינו יכול להחזיק הרבה לחות; אוויר חם יותר צפוף פחות ויכול להחזיק יותר מים. כאשר אזורי אוויר בעלי טמפרטורה וצפיפות שונים מתנגשים, גשם מתרחש כאשר מים נוצרים מהאוויר החם והצונן. משקעים אחרים עשויים להתרחש. כשהאוויר החם והלח עולה כלפי מעלה, הוא מתקרר והמים מתעבים על חלקיקים התלויים באוויר. טיפות עולות הופכות כבדות יותר ובהמשך נופלות לכדור הארץ.

הוריקן נוצר כאשר מי הים מתחממים מעל 27 ℃ ומתאדים במהירות, והאוויר מעל האוקיינוס מתחמם ועולה. במקומו מגיעים זרמי אוויר קר, שגם הם מתחממים ועולים. תנועות אלו יוצרות רוחות חזקות, נוצר הוריקן.

כיצד נחקרו תופעות טבע בעבר

תצפיות מזג אוויר מדעיות החלו בתקופת הרנסנס, כאשר המציאו ברומטרים ומדחום. חוקרים אירופאים עתיקים כמו גלילאו השתמשו בכלים אלה כדי להסביר תופעות מזג אוויר.

אבל התחזיות המוקדמות היו מוגבלות והתבססו רק על ההנחה שהעבר יקבע התנהגות עתידית.

"אם יש סערה היום בקנזס ולמחרת במיזורי, אתה יכול לדעת שהיא תגיע לאילינוי למחרת", מסביר בוב הנסון, מטאורולוג ומחבר של Weather Underground.

שיטה זו פועלת בתנאים קבועים – כאשר הסופה נעה בהדרגה או כאשר האקלים המקומי אינו משתנה הרבה מיום ליום (למשל בדרום קליפורניה).

עם זאת, שיטה פשוטה זו אינה לוקחת בחשבון תנאים משתנים: למשל, סופות נוצרות במהירות עקב הסעה (תנועת נפחי אוויר מגובה אחד למשנהו, עקב הכוח הארכימדאי. - אד.). למרבה המזל, יש דרכים חדשות לחזות את מזג האוויר בעולם של היום. תחזיות אינן נעשות על ידי אנשים שמסתכלים על המפות והשיאים והשפל של אתמול, הן נעשות על ידי מכונות.

תחזיות מזג אוויר עדכניות

מטאורולוגים משתמשים בחיזוי מזג אוויר מספרי על ידי הזנת נתונים על תנאי מזג האוויר הנוכחיים. לאחר מכן הם מעובדים במודל ממוחשב. ככל שיוזנו מידע רלוונטי ומדויק יותר, כך התחזית תהיה מדויקת יותר. כדי להשיג נתונים אלה, נעשה שימוש במכשירים כגון בלון מזג אוויר, מטוסים, לוויינים ומצופים אוקיינוסים.

דפוסי מזג האוויר מחלקים אזור, מדינה או אפילו את כל הגלובוס לתאים. הגודל שלהם משפיע על דיוק התחזית.קשה יותר לראות מלבנים גדולים מה קורה באזורים קטנים, אבל הם מספקים תמונה כוללת של מגמות מזג האוויר לאורך זמן. תחזית כללית זו נחוצה, למשל, על מנת לקבוע את תנועת הסערה.

תאים קטנים עם רזולוציה גבוהה יותר מאפשרים חיזוי על פני פרק זמן קצר יותר - יום עד יומיים - ומכסים רק אזור ספציפי. דגמים מסוימים עשויים להתמקד בנתונים ספציפיים כגון מהירות רוח, טמפרטורה ולחות. לכן, שני מודלים ממוחשבים יכולים לתת תוצאות מעט שונות אפילו עם אותן תצפיות ראשוניות בדיוק.

האם תחזיות מושלמות אפשריות?

"דגמי מחשב מספיקים לתחזיות מזג אוויר יומיומיות, כך שמטאורולוגים לא יוסיפו כאן הרבה", אומר שומאכר, עוזר פרופסור למדעי האטמוספירה באוניברסיטת קולורדו סטייט. - אבל זה לא אומר שאין צורך באנשים כלל. החזאי יכול לזהות אי דיוקים בנתונים המופקים על ידי מערכת המחשוב".

הרבה יותר קשה לחזות משקעים מאשר טמפרטורה, אומר מאט קלש, הידרומטאורולוג בתאגיד המחקר האטמוספרי של האוניברסיטה בבולדר.

"הטמפרטורה היא שדה מתמשך, היא נמצאת בכל מקום. משקעים הם שדה לסירוגין, במקומות מסוימים עשויים לרדת גשם או שלג, אבל באחרים זה לא יהיה כלל".

מאפייני הנוף של האזור, כמו גבעות, קווי חוף, משפיעים על המשקעים, ומודלים ממוחשבים לא תמיד לוקחים זאת בחשבון. קולש אומר שדרוש מטאורולוג כדי ליצור תחזיות ל-24 עד 36 שעות. חיזוי מצבי השפעה גבוהים כמו הוריקנים, סופות טורנדו ושיטפונות הוא מאתגר יותר ודורש משאבי אנוש ומערכות מחשב.

מאז שנות ה-50, מחשבים מהירים הפכו לתחזיות מדויקות יותר ויותר. תחזית חמשת הימים של היום מדויקת בכ-90% מהמקרים, על פי מינהל האוקיינוס והאטמוספירה הלאומי.

התחזית ל-7 ימים מתבררת כנכונה ב-80% מהמקרים, והתחזית ל-10 ימים 50%

כיום, תחזית הוריקן לחמישה ימים אמינה יותר מתחזית של ארבעה ימים בתחילת שנות ה-2000 ותחזית של שלושה ימים בשנות ה-90. ועיתון Nature משנת 2015 מצא שהתחזיות לשלושה עד עשרה ימים השתפרו בכיום בעשור, מה שאומר שהתחזית הנוכחית של ששת הימים היא מדויקת כמו התחזית לחמישה ימים לפני 10 שנים.

למרבה הצער, שינויים אקלימיים גדולים מסבכים את תהליך החיזוי. יש בדיחה שפרפר מתנופף בהונג קונג יכול לשנות את מזג האוויר בניו יורק. רעיון זה הועלה בשנת 1972 על ידי המתמטיקאי והמטאורולוג אדוארד לורנץ. "אפקט הפרפר" הוא שלשינויים קטנים יכולים להיות השפעה עצומה על התפתחות המערכת כולה.

בפועל, זה אומר שמודל מחשב אחד, המופעל יותר מפעם אחת, אפילו עם ההבדלים הקטנים ביותר בתנאים הנוכחיים, יכול לתת תחזיות שונות. בגלל זה, מגבלת החיזוי הפוטנציאלית היא בסביבות 14 יום, אומר בוב הנסון.

"לורנץ אמר בעצם שאי אפשר לחזות את דפוסי מזג האוויר במשך יותר משבועיים, כי כנפי הפרפר הקטנות הללו ואינספור דברים קטנים אחרים יובילו לשינויים גדולים", אומר הנסון.

המטאורולוג ג'אדט בטוח שהאנושות לעולם לא תוכל לחזות סופת רעמים יותר משעתיים מראש, לא משנה כמה טובות התצפיות.

"עבור הוריקנים וסופות שהם הרבה יותר חזקים (ולכן קל יותר לזהות אותם מראש), התקופה יכולה להיות שבועיים עד שלושה", הוא אומר.

בעת ביצוע תחזית, מטאורולוגים מסבירים את אי הוודאות על ידי שימוש במודל מתמטי מספר פעמים. יחד עם זאת, זה ייתן תוצאה קצת שונה, אבל רובם יהיו דומים.השכיחים ביותר יהיו התוצאה הסופית.