เหตุใดการพยากรณ์อากาศจึงผิดพลาดบ่อยครั้ง (เพราะมันยากที่จะคาดเดา)

ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์เช่น Einstein, Newton, Maxwell และคนอื่น ๆ สามารถสร้างฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่สามารถทำนายเหตุการณ์จริงได้อย่างแม่นยำและแม่นยำในขณะที่นักวิทยาศาสตร์อุตุนิยมวิทยา (ผู้เชี่ยวชาญด้านสภาพอากาศและบรรยากาศ) ต้องเผชิญกับความเป็นจริงที่แตกต่างออกไป

การคาดการณ์ของนักอุตุนิยมวิทยาเกี่ยวกับสภาพอากาศมักขัดแย้งกับเหตุการณ์จริง

มนุษย์สามารถทำนายตำแหน่งของดาวเคราะห์ดวงจันทร์ดาวหางได้อย่างแม่นยำเป็นเวลาหลายร้อยปีในอนาคต แต่ยังไม่สามารถคาดเดาได้ว่าวันหนึ่งอากาศจะเป็นอย่างไรในอนาคตได้อย่างแม่นยำ? ฝนตกหรือเปล่า? อุณหภูมิเท่าไหร่?

วิทยาศาสตร์สภาพอากาศได้พัฒนาอย่างรวดเร็ว

วิทยาศาสตร์สภาพอากาศหรืออุตุนิยมวิทยาเริ่มพัฒนาขึ้นเมื่อหนึ่งศตวรรษที่แล้วเมื่อลูอิสฟรายริชาร์ดสันนักคณิตศาสตร์นับด้วยมือเป็นเวลา 6 สัปดาห์เพื่อทำนายสภาพอากาศในอีก 6 ชั่วโมงข้างหน้า

การทำนายสภาพอากาศขึ้นอยู่กับความคืบหน้าของคอมพิวเตอร์ สำหรับนักอุตุนิยมวิทยาถือเป็นความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ สำหรับเราคนทั่วไปมันไม่สำคัญหรอก

การทำนายสภาพอากาศมีพัฒนาการที่สำคัญอย่างน้อยในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา

การทำนายสภาพอากาศ 3 วันที่ทำในวันนี้ดีกว่าการทำนายสภาพอากาศหนึ่งวันเมื่อ 20 ปีก่อน

นักวิทยาศาสตร์สภาพอากาศในปัจจุบันไม่สามารถทำงานได้หากไม่มีการทำนายเชิงตัวเลขซึ่งใช้สมการทางคณิตศาสตร์เพื่อทำนายสภาพอากาศ

การคำนวณสมการทางคณิตศาสตร์นี้ต้องใช้คอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อนและข้อมูลพารามิเตอร์ทางกายภาพจำนวนมากที่มีอยู่บนบกทะเลและอากาศ

มีโมเลกุล 2 ×10⁴⁴ (200,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000) ในบรรยากาศที่เคลื่อนที่แบบสุ่มและเรากำลังพยายามคำนวณการเคลื่อนที่ของโมเลกุลทั้งหมดนั้นยากจริงๆ

ข้อมูลนับล้านที่ต้องรวบรวมและประมวลผล

การคาดการณ์ระยะสั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเมฆฝนลมและความกดอากาศ การคาดการณ์ระยะยาวเพิ่มอุณหภูมิของพื้นดินและน้ำทะเลกระแสน้ำในมหาสมุทรมลพิษทางอากาศและอื่น ๆ อีกมากมาย

การทำนายสภาพอากาศสำหรับวันพรุ่งนี้ต้องใช้ความพยายามอย่างมาก BMKG รวบรวมข้อมูลเชิงสังเกตการณ์หลายล้านรายการทุกวันที่นำมาจากสถานีในสถานที่รวมทั้งจากบอลลูนและดาวเทียมตรวจอากาศ

อ่านเพิ่มเติม: ทำไมต้องเรียนคณิตศาสตร์? อย่าซื้อ Siomay โดยใช้ลอการิทึมใช่ไหม?

สถานีตรวจอากาศแห่งหนึ่งไม่สามารถรวบรวมข้อมูลได้มากนัก ใช้เครือข่ายสถานีตรวจอากาศขนาดใหญ่ซึ่งรวบรวมข้อมูลจากหลายสถานที่ในช่วงเวลาหนึ่ง

สถานีบางแห่งตั้งอยู่บนบกซึ่งอย่างน้อยก็ประกอบด้วยเครื่องวัดความเร็วลมสำหรับวัดความเร็วและทิศทางลมแหล่งกักเก็บน้ำสำหรับวัดปริมาณน้ำฝนเครื่องวัดอุณหภูมิและความชื้นสำหรับวัดอุณหภูมิและความชื้น

อีกหลายสถานีลอยอยู่ในมหาสมุทรอุปกรณ์สังเกตการณ์ที่ติดตั้งในทุ่น และยังคงมีการเคลื่อนย้ายสถานีอุปกรณ์สังเกตการณ์ที่ติดตั้งบนเครื่องบินและเรือ รวมทั้งดาวเทียมตรวจอากาศและลูกโป่ง radiosonde เพื่อรับข้อมูลจากชั้นบรรยากาศ

ข้อมูลพารามิเตอร์ทางกายภาพทั้งหมดจากสถานีเหล่านี้สร้างข้อมูลมากกว่า 1 ล้านรายการทุกวัน

แล็ปท็อปหรือคอมพิวเตอร์ของคุณจะไม่สามารถจัดเก็บข้อมูลนี้ได้นับประสาอะไรกับการประมวลผล แต่นักอุตุนิยมวิทยามีซูเปอร์คอมพิวเตอร์เครื่องยนต์ทรงพลังที่สามารถคำนวณข้อมูลนับล้านต่อวินาที

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์สำหรับทำนายสภาพอากาศ

ในสหรัฐอเมริกามีซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ดำเนินการโดย National Centers for Environmental Prediction (NCEP) การทำงานกับซูเปอร์คอมพิวเตอร์มีโปรเซสเซอร์มากกว่า 10,000 ตัวซึ่งทำงานกับข้อมูล 2.6 เพตะไบต์

ที่นั่นข้อมูลที่สังเกตได้จะถูกป้อนเข้าไปในสมองของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ซึ่งใช้สมการแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนเพื่อทำนายว่าสภาพอากาศเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป จากนั้นผลลัพธ์ของการทำนายด้วยซูเปอร์คอมพิวเตอร์นี้จะถูกเผยแพร่หรือเผยแพร่สู่สาธารณะผ่านทางโทรทัศน์หน้าอินเทอร์เน็ตแอปพลิเคชันและอื่น ๆ

อย่าคิดว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์เครื่องนี้ไม่สามารถทำผิดพลาดได้แม้จะใช้เทคโนโลยีขั้นสูงเช่นนี้ แต่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์เครื่องนี้ก็ไม่สามารถเผชิญกับความท้าทายครั้งใหญ่ในการทำนายสภาพอากาศได้

ปรากฏการณ์สภาพอากาศขนาดใหญ่ซึ่งแต่ละอย่างได้รับอิทธิพลจากตัวแปรที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นพิจารณาว่าการแผ่รังสีแสงอาทิตย์จะทำให้พื้นผิวโลกร้อนขึ้นอย่างไรความแตกต่างของความกดอากาศจะขับเคลื่อนลมอย่างไรและการเปลี่ยนแปลงเฟสของน้ำการละลายและการระเหยจะส่งผลต่อการไหลของพลังงานอย่างไร

ปัจจุบันนักอุตุนิยมวิทยาใช้เทคโนโลยีและเทคนิคที่ได้รับการอัปเดตอย่างต่อเนื่องเพื่อจัดการกับความสับสนวุ่นวายเช่นการทำนายโดยใช้วงดนตรีซึ่งขึ้นอยู่กับการคาดการณ์หลายประการการคาดการณ์แต่ละครั้งจะใช้จุดเริ่มต้นที่แตกต่างกัน

หากการคาดการณ์ทั้งหมดในชุดมีลักษณะเหมือนกันแสดงว่าสภาพอากาศมีแนวโน้มที่จะเป็นปกติ หากมีการคาดการณ์ที่ดูแตกต่างอย่างเห็นได้ชัดแสดงว่าสภาพอากาศมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนแปลง

อ่านเพิ่มเติม: tardigrade คืออะไร? ทำไมคุณถึงไปดวงจันทร์?

น่าเสียดายที่ความวุ่นวายยังคงมีอยู่นักอุตุนิยมวิทยาไม่สามารถคาดเดาสภาพอากาศได้อย่างแน่นอน ไม่ว่าจะเกิดพายุทอร์นาโดหรือฝนตกชุกก็มักจะนำมาซึ่งหายนะพร้อมคำเตือนเล็กน้อย

ความสับสนวุ่นวายเป็นธรรมชาติของจักรวาล

การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของตัวแปรตัวใดตัวหนึ่งในการคำนวณที่ซับซ้อนนี้อาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อสภาพอากาศในอนาคต Edwan Lorenz นักอุตุนิยมวิทยาจาก MIT เรียกสิ่งนี้ว่าเอฟเฟกต์ผีเสื้อ

การกระพือปีกของผีเสื้อกลางป่าเอเชียอาจทำให้เกิดฝนตกหนักในนิวยอร์กซิตี้

เขาเป็นที่รู้จักในฐานะบิดาแห่งทฤษฎีความโกลาหลซึ่งเป็นหลักการทางวิทยาศาสตร์ที่อธิบายถึงระบบที่ซับซ้อนยิ่งยวดเช่นระบบสภาพอากาศซึ่งการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในเงื่อนไขเริ่มต้นสามารถเปลี่ยนแปลงผลลัพธ์สุดท้ายได้อย่างมาก

เนื่องจากความสับสนวุ่นวายหรือความผิดปกตินี้จึงมีข้อ จำกัด ว่าการคาดการณ์สภาพอากาศจะถูกต้องเมื่อใด ลอเรนซ์กำหนดขีด จำกัด นี้ในสองสัปดาห์

นอกจากนี้สมการตัวเลขที่ใช้ในการจำลองบรรยากาศยังอาจเกิดความสับสนวุ่นวายโดยมีข้อผิดพลาดเล็ก ๆ น้อย ๆ ที่สามารถคูณได้

สภาพอากาศในพื้นที่ละติจูดสูงได้รับอิทธิพลอย่างมากจากการเคลื่อนที่ของมวลอากาศที่แตกต่างกันซึ่งได้รับอิทธิพลจากระบบความกดอากาศต่ำ การเคลื่อนตัวของมวลอากาศค่อนข้างง่ายที่จะคาดเดาเพราะมันเคลื่อนตัวไปทีละน้อย

ในขณะเดียวกันในพื้นที่เขตร้อนเช่นโลกได้รับพลังงานจำนวนมากจากดวงอาทิตย์ซึ่งทำให้กิจกรรมการพาความร้อนมีความสับสนวุ่นวายมากขึ้นจนยากต่อการคาดเดา

ความโกลาหลในธรรมชาติหมายความว่าตราบใดที่เรายังคงตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับกระบวนการต่างๆในบรรยากาศก็จะมีโอกาสที่แบบจำลองจะทำผิดพลาดได้เสมอ

พยากรณ์อากาศในอนาคตได้อย่างไร?

ข้อมูลที่มีความละเอียดสูงจำเป็นต้องใช้ทั้งในเชิงพื้นที่และตามเวลา ต้องการสถานีสังเกตการณ์สภาพอากาศอีกหลายล้านแห่งในสถานที่ต่างๆ

โชคดีที่ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในปัจจุบันสถานีตรวจอากาศสามารถมีขนาดเล็กลงและเคลื่อนที่ได้มากขึ้น สถานีสังเกตการณ์สภาพอากาศนี้อาจอยู่ในบ้านของทุกคนหรือในยานพาหนะแม้กระทั่งบนสมาร์ทโฟน

เมื่อมีการรวบรวมข้อมูลมากขึ้นจำเป็นต้องใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ขั้นสูงและเร็วขึ้น

ไม่มีอะไรจะมีประโยชน์ไปกว่าการเตรียมพร้อมสำหรับสภาพอากาศของเราเอง อย่างที่บอกไปว่าควรกางร่มก่อนฝนตก

ข้อมูลอ้างอิง

• ทำไมการพยากรณ์อากาศมักจะผิดพลาดเล็กน้อย
• เหตุใดนักวิทยาศาสตร์จึงไม่สามารถทำนายสภาพอากาศได้