Terwijl wetenschappers zoals Einstein, Newton, Maxwell en anderen in staat waren om theoretische fysica te creëren die in staat waren om echte gebeurtenissen met precisie en nauwkeurigheid te voorspellen, terwijl meteorologische wetenschappers (weer- en atmosferische experts) voor een andere realiteit stonden.
De voorspellingen van meteorologen over het weer zijn vaak in tegenspraak met echte gebeurtenissen.
Mensen hebben de posities van planeten, manen en kometen honderden jaren in de toekomst nauwkeurig kunnen voorspellen, maar kunnen nog steeds niet nauwkeurig voorspellen hoe het weer er op een dag in de toekomst zal zijn? Regent het? Wat is de temperatuur?
De weerwetenschap heeft zich snel ontwikkeld
Weerwetenschap of meteorologie begon zich een eeuw geleden te ontwikkelen, toen wiskundige Lewis Fry Richardson 6 weken met de hand telde om het weer voor de komende 6 uur te voorspellen.
De weersvoorspelling is afhankelijk van de voortgang van de computer. Voor meteorologen is het een enorme prestatie. Voor ons, het grote publiek, maakt het eigenlijk niet uit.
De weersvoorspelling heeft in ieder geval de afgelopen 20 jaar belangrijke ontwikkelingen doorgemaakt.
De driedaagse weersvoorspelling die vandaag wordt gedaan, is beter dan de eendaagse weersvoorspelling die ze 20 jaar geleden deden.
Weerwetenschappers kunnen tegenwoordig niet werken zonder numerieke voorspellingen, die wiskundige vergelijkingen gebruiken om het weer te voorspellen.
De berekening van deze wiskundige vergelijking vereist een geavanceerde computer en veel fysieke parametergegevens die beschikbaar zijn op land, ter zee en in de lucht.
Er zijn 2 × 10⁴⁴ (200.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000) moleculen in de atmosfeer die willekeurig bewegen, en we proberen de bewegingen van al die moleculen te berekenen, heel moeilijk.
Miljoenen gegevens die moeten worden verzameld en verwerkt
Voorspellingen op korte termijn zijn afhankelijk van temperatuur, bewolking, regenval, wind en luchtdruk. Voorspellingen op lange termijn, voeg land- en zeetemperaturen, zeestromingen, luchtvervuiling en vele anderen toe.
Het weer voorspellen voor morgen vergt veel inspanning. De BMKG verzamelt dagelijks miljoenen observatiegegevens van stations ter plaatse, maar ook van weerballonnen en satellieten.
Lees ook: Waarom wiskunde studeren? Koop Siomay niet met logaritmen, toch?Eén weerstation kan niet zoveel informatie verzamelen. Het maakt gebruik van een groot netwerk van weerstations die in de loop van de tijd op meerdere locaties gegevens verzamelen.
Sommige stations bevinden zich op het land en bestaan in ieder geval uit een anemometer voor het meten van windsnelheid en -richting, een waterreservoir voor het meten van neerslag, een hydrothermometer voor het meten van temperatuur en luchtvochtigheid.
Verschillende andere stations drijven in de oceaan, observatieapparatuur geïnstalleerd in de boei. En er zijn nog steeds bewegende stations, observatieapparatuur op vliegtuigen en schepen. Plus weersatellieten en radiosonde-ballonnen om gegevens uit de hogere atmosfeer te halen.
Alle fysieke parametergegevens van al deze stations genereren dagelijks meer dan 1 miljoen gegevens.
Uw laptop of computer kan deze gegevens niet opslaan, laat staan verwerken. Maar meteorologen hebben supercomputers, krachtige motoren die miljoenen gegevens per seconde kunnen berekenen.
Supercomputer voor het voorspellen van het weer
In de Verenigde Staten is er een supercomputer die wordt beheerd door de National Centers for Environmental Prediction (NCEP). Bij het werken met supercomputers zijn er meer dan 10.000 processors die met 2,6 petabyte aan gegevens werken.
Daar worden de waargenomen gegevens ingevoerd in het supercomputerbrein, dat complexe wiskundige modelvergelijkingen gebruikt om te voorspellen hoe weersomstandigheden in de loop van de tijd veranderen. De resultaten van deze supercomputervoorspelling worden vervolgens uitgezonden of verspreid onder het publiek via televisie, internetpagina's, applicaties en andere.
Denk niet dat deze supercomputer onmogelijk fouten kan maken, zelfs met zulke geavanceerde technologie is deze supercomputer niet helemaal in staat om de grote uitdaging aan te gaan om het weer te voorspellen.
Grootschalige weersverschijnselen, die elk worden beïnvloed door verschillende variabelen. Bedenk bijvoorbeeld hoe zonnestraling het aardoppervlak zal verwarmen, hoe verschillen in luchtdruk de winden zullen aandrijven en hoe veranderingen in de fase van water, smelten en verdampen de energiestroom beïnvloeden.
Meteorologen gebruiken nu technologie en technieken die continu worden bijgewerkt om met chaos om te gaan, zoals voorspelling met behulp van een ensemble, dat is gebaseerd op verschillende voorspellingen, waarbij elke voorspelling een ander startpunt gebruikt.
Als alle voorspellingen in het ensemble er hetzelfde uitzien, wordt voorspeld dat het weer normaal is. Als er voorspellingen zijn die er opvallend anders uitzien, dan wordt voorspeld dat het weer zal veranderen.
Lees ook: Wat is tardigrade? Waarom ben je naar de maan gekomen?Helaas is de chaos er nog steeds, meteorologen kunnen het weer nooit met absolute zekerheid voorspellen. Of er nu een storm, een tornado of extreme regen komt, het zal altijd een ramp met een kleine waarschuwing brengen.
Chaos, wanorde als de aard van het universum
Kleine veranderingen in een van de variabelen in deze complexe berekening kunnen een grote impact hebben op toekomstig weer. Edwan Lorenz, een meteoroloog van MIT, noemt dit het vlindereffect.
Simpelweg zo afgebeeld, kan het klapperen van de vleugels van een vlinder midden in een Aziatisch bos zware regenval veroorzaken in New York City.
Hij staat bekend als de vader van de chaostheorie, een wetenschappelijk principe dat supercomplexe systemen beschrijft, zoals weersystemen, waarbij kleine veranderingen in de beginomstandigheden het eindresultaat drastisch kunnen veranderen.
Vanwege deze chaos of onregelmatigheid is er een limiet aan wanneer weersvoorspellingen als nauwkeurig worden beschouwd. Lorenz stelde deze limiet in twee weken vast.
Bovendien zijn de numerieke vergelijkingen die worden gebruikt om de atmosfeer te simuleren ook onderhevig aan chaos, met kleine fouten die kunnen worden vermenigvuldigd.
Het weer op hoge breedtegraden wordt sterk beïnvloed door de ontmoetingsbeweging van verschillende luchtmassa's die worden beïnvloed door lagedruksystemen. De beweging van luchtmassa's is relatief eenvoudig te voorspellen omdat deze geleidelijk beweegt.
Ondertussen ontvang je in tropische gebieden zoals de wereld veel energie van de zon, wat de convectie-activiteit chaotischer maakt, zodat het moeilijker te voorspellen is.
Chaos in de natuur betekent dat zolang we aannames blijven doen over processen in de atmosfeer, er altijd de mogelijkheid zal zijn dat modellen fouten maken.
Hoe kan het weer in de toekomst worden voorspeld?
Gegevens met een hoge resolutie zijn zowel ruimtelijk als in de tijd vereist. Meer nodig, miljoenen weerobservatiestations op verschillende locaties.
Gelukkig kunnen weerstations met de technologische vooruitgang van vandaag kleiner en mobieler zijn. Dit weerobservatiestation zal waarschijnlijk in ieders huis zijn, of in een voertuig zelfs op een smartphone.
Naarmate er steeds meer gegevens worden verzameld, zijn geavanceerdere en snellere supercomputers nodig.
Niets is nuttiger dan onze eigen paraatheid voor het weer. Zoals het gezegde luidt: bewaar een paraplu voordat het regent.
Referentie
- Waarom de weersvoorspelling altijd een beetje verkeerd zal zijn
- Waarom kunnen wetenschappers het weer niet voorspellen?
