Cum realizează de fapt ANM prognozele meteo și care e procentul de eroare

Meteorologii sunt mai buni la locul de muncă decât ai putea crede. Iată cum se transformă mormanele de date într-o previziune relevantă pentru dvs. Așteptați-vă la ploaie. Aceste două cuvinte simple pot strică planurile de picnic sau pot salva salvări pentru culturile afectate de secetă. Puține lucruri din viața noastră sunt la fel de universale ca vremea.

Care este procentul de eroare și cum  se realizează prognozele meteo

”Este ceea ce se întâmplă în atmosfera în jurul nostru tot timpul”, spune Russ Schumacher, climatologul statului Colorado și director al Centrului pentru Clima Colorado. ”Furtunile și toate celelalte lucruri interesante pe care atmosfera Pământului ni le aduce au un efect atât de mare asupra vieții noastre de zi cu zi, în multe moduri.”

Dar, chiar dacă ne aflăm la posturile de știri locale sau verificăm aplicațiile pentru a afla ce va aduce vremea, nu avem întotdeauna încredere în prognoze. Probabil ai auzit gluma: meteorologia este singura ocupație în care poți greși tot timpul și totuși să fii plătit pentru asta.

Realizarea vremii

În realitate, prognozele meteo s-au îmbunătățit pas cu pas și asta în doar câteva decenii. Iar meteorologii urmărind o prognoză tot mai perfectă continuă să împingă ceea ce este posibil până la limita sa teoretică.

Înainte de a putea prezice vremea, trebuie să înțelegem de unde vine. Pentru a face asta, trebuie să privim spre cer.

Vremea este un produs secundar al atmosferei

Pământul este învăluit într-o atmosferă cu azot, oxigen și vapori de apă. Acest aer, ca și apa lichidă, se comportă ca un fluid. Pe măsură ce aerul curge dintr-un loc în altul, își poartă proprietățile cu acesta, schimbând temperatura, umiditatea și multe altele. Vremea este pur și simplu produsul secundar al atmosferei noastre care se deplasează căldura dintr-un loc în altul.

Aerul mai rece este dens și nu poate ține multă umiditate; aerul mai cald este mai puțin dens și poate reține mai multă apă. Când se întâlnesc regiuni de aer cu temperaturi și densități diferite, granița se numește front. Uneori, aceste ciocniri tulbure pot provoca ploi, deoarece aerul cald de răcire este obligat să-și piardă apa.

Vaporii se unesc în picaturi și capată greutate

Nu doar fronturile pot face să plouă; convecția poate conduce și la precipitații. Pe măsură ce aerul cald și umed crește, se răcește și apa acestuia se condensează asupra particulelor aeriene, cum ar fi praful. Aceste picături sunt transportate în aer prin creșterea aerului, cresc din ce în ce mai mari până când devin prea grele și cad din nou pe Pământ.

Când se întâmplă asta, apucă-te de umbrela ta. Odată ce s-a format o furtună, dacă nu există nicăieri pentru a obține mai multă umiditate de la sol sau de la aer, aceasta va răsufla în timp ce se luminează. Dacă găsește mai mult aer cald și umiditate – așa cum face un uragan în timp ce se deplasează peste ocean – va crește și va crește.

Bazele prognozei

Cu atât de mulți factori implicați, poate părea imposibil de a prezice pe ore este vremea la orizont. Dar acest lucru este departe de caz.

„Prognoza meteo este unul dintre doar câteva câmpuri în care putem prognoza cu exactitate evoluția unui sistem. Nu putem face asta în economie sau sport ”, spune Falko Judt, un meteorolog de cercetare la Centrul Național de Cercetări Atmosferice din Boulder, Colorado.

A face acest lucru depinde de observații fiabile

Observațiile meteorologice științifice au început în Renaștere, când au fost inventate barometre și termometre. Oamenii de știință din Europa, precum Galileo, au folosit aceste instrumente pentru a lua tipurile de măsurători care ar explica într-o bună zi evenimentele meteorologice. Până la sfârșitul anilor 1800, hărțile meteorologice rudimentare au intrat în uz.

Dar prognozele timpurii erau limitate și se bazau pe persistență sau presupunerea că trecutul unui sistem își va dicta comportamentul viitor.

„Dacă un sistem de furtuni se află în Kansas într-o zi și în Missouri în urmă, atunci prin perseverență, poți spune că va fi a doua zi în Illinois”, explică Bob Henson, un meteorolog care scrie pentru Weather Underground. Persistența este o modalitate corectă de a prezice vremea atunci când condițiile sunt constante – când o furtună se întinde fără să se despartă sau clima locală se schimbă puțin în zi, spunem, în sudul Californiei.

Prognoza vremii moderne

Dar această tehnică simplă nu ține cont de schimbarea condițiilor, cum ar fi furtunile care se formează rapid prin convecție (tipică pentru furtuni) sau fronturi în mișcare care schimbă temperatura. Din fericire, avem modalități mai noi și mai bune de a prezice viitorul. Prognozele meteo de astăzi nu sunt făcute de oameni care se uită la hărțile meteo și maximele și minusculele de ieri – sunt făcute de mașini.

Meteorologii folosesc un proces numit predicție numerică a vremii pentru a crea prognoze prin introducerea condițiilor curente – pe care le numesc „nowcast” – în modelele de calculator. Cu cât sunt mai multe informații actuale și precise pentru aceste modele, cu atât va fi mai bună previziunea. Radarul de sol, baloanele meteorologice, aeronavele, sateliții, balizele oceanice și multe altele pot oferi observații tridimensionale pe care le poate folosi un model. Acest lucru permite meteorologilor să simuleze ce face atmosfera în prezent și să prezică ce se va întâmpla în următoarele zile sau, pentru unele modele, ore.

Modelele meteo împart o regiune, într-un set de căsuțe sau celule

Modelele meteo împart o regiune, să zicem un singur stat sau chiar întregul glob, într-un set de căsuțe sau celule. Mărimea acestor celule – rezoluția modelului – afectează acuratețea prognozei sale. Casetele mari înseamnă o rezoluție slabă sau incapacitatea de a spune ce se întâmplă în zone mici, dar o imagine largă a tendințelor meteo pe scară largă pe termen lung. Această prognoză cu imagini mari este utilă atunci când doriți să știți cum se va deplasa o furtună mare în Statele Unite de-a lungul unei săptămâni.

Cutiile mai mici înseamnă o rezoluție mai mare, care poate prognoza furtuni mai mici. Aceste modele sunt mai scumpe din punct de vedere al puterii de calcul și rulează doar la o singură sau două zile pentru a le spune oamenilor dacă ar putea furtuna în zona lor locală. Deși toate modelele se bazează pe aceeași fizică, fiecare traduce fizica în codul computerului în mod diferit, spune Judt. Unele modele ar putea acorda prioritate anumitor tipuri de date – cum ar fi viteza vântului, temperatura și umiditatea – față de altele pentru a genera predicții sau pentru a simula procesele fizice puțin diferit decât un alt model. Acesta este motivul pentru care două modele ar putea scoate rezultate ușor diferite, chiar și cu aceleași observații de început.

Atingerea umană

Cu computerele care rulează acum spectacolul, ce le mai rămâne de făcut predicatorilor umani? În ceea ce privește vremea de zi cu zi, cum ar fi temperaturile, poate nu prea mult.

„Pentru o mare parte din vremea de rutină, modelele de prognoză sunt atât de bune acum, încât nu prea este nevoie atât de mult încât să se adauge predatorii umani”, spune Schumacher, care este și profesor asociat la Departamentul de Științe Atmosferice din statul Colorado Universitate.

Dar să nu credeți că oamenii sunt încă inutili. „Un predicator ar putea să modifice ceea ce vă spune computerul dacă știe că zona lor este foarte bună și știu că modelele se luptă cu un anumit fel de situații meteorologice”, spune Henson.

Prognozarea unor situații cu impact mare este mai dificilă

O astfel de situație este precipitarea, care este mai dificil de prognozat decât temperatura, spune Matt Kelsch, hidro meteorolog în cadrul Corporației Universității pentru Cercetări Atmosferice din Boulder.

„Temperatura este un câmp continuu, ceea ce înseamnă că există o temperatură peste tot”, explică el. „Dar precipitațiile sunt un câmp discontinuu, ceea ce înseamnă că există o mulțime de locuri în care nu există, și apoi unele locuri în care poate ploua sau ninge foarte tare.” Și geografia locală – lanțuri montane, linii de coastă sau Marile Lacuri – poate afecta precipitațiile în moduri în care modelele pot să nu se descurce bine. În special pentru prognoze în 24 până la 36 de ore, spune Kelsch, vine în joc experiența meteorologului cu zona de prognoză.

Prognozarea unor situații cu impact mare, cum ar fi uraganele, tornadele și inundațiile este mai dificilă și vine cu mize mult mai mari. „Mai ales când vine vorba de vreme extremă, judecata umană este cu adevărat importantă”, spune Henson.

Care sunt sansele?

Cu cât mai în ​​viitor este programat picnicul dvs., cu atât este mai greu să prezică ploaia sau strălucirea soarelui. Dar din anii ’50, calculatoarele din ce în ce mai rapide au produs prognoze meteorologice din ce în ce mai precise.

„Multe dintre cele mai mari și mai puternice supercomputere din lume sunt dedicate cercetării atmosferice – prognozei [vremii] și studierii schimbărilor climatice”, spune Henson.

Administrației Naționale Oceanice și Atmosferice

Conform Administrației Naționale Oceanice și Atmosferice, prognoza de astăzi de cinci zile este exactă la aproximativ 90% din timp. Prognoza de șapte zile este corectă la 80% din timp, iar o prognoză de 10 zile reflectă vremea care apare de fapt aproximativ 50 la sută din timp.

Ce zici de evenimente majore? Pe baza prognozelor Centrului Național de Uragane din 2010, ochiul unui uragan a ajuns în medie, la doar 47 de mile de locul în care o predicție cu 24 de ore mai devreme spunea că va fi. Aceasta este doar aproximativ o șesime din dimensiunea totală a unui uragan.

„Cu douăzeci și patru de ore înainte ca un uragan să lovească pe pământ, noi suntem deja hotărâți unde va merge”, spune Judt. Plecând la cinci zile, eroarea prognozelor din 2010 este de aproximativ 220 de mile.

Reguli de haos

Aceste statistici sunt mai impresionante atunci când aveți în vedere cât de mulți meteorologi au îmbunătățit numărul de zile în care se poate face o prognoză exactă. De exemplu, prognoza de astăzi a uraganului de cinci zile este mai fiabilă decât prognoza de patru zile la începutul anilor 2000 și mai fiabilă decât o prognoză de trei zile în anii 90. Și o hârtie de natură din 2015 a dezvăluit că prognozele de trei până la 10 zile s-au îmbunătățit cu aproximativ o zi pe deceniu – ceea ce înseamnă că o prognoză modernă de șase zile este la fel de exactă ca o previziune de cinci zile în urmă cu 10 ani.

Pe măsură ce prognozele se îmbunătățesc, apare o întrebare în mod natural: Cât de bine pot primi? Din păcate, natura haotică a atmosferei noastre limitează serios capacitatea noastră de a o modela – și, prin urmare, de a prezice ce va face în continuare. Probabil că ați auzit că un fluture care își bate aripi în Hong Kong ar putea provoca schimbarea vremii în New York. Ideea acestui „efect fluture” – în care modificările minuscule pot avea impacturi enorme asupra dezvoltării unui sistem dinamic – a fost inventată în 1972 de matematicianul și meteorologul Edward Lorenz.

Nici o măsurătoare nu este perfectă

În practică, acest lucru înseamnă că un singur model meteorologic rulat de mai multe ori, cu chiar și cele mai subtile diferențe în condițiile de pornire pot produce predicții foarte diferite. Deoarece nicio măsurătoare nu este perfectă – fiecare observație are o incertitudine asociată – aceste mici imperfecțiuni pot provoca schimbări mari în ceea ce prezice un model. Aceste schimbări devin din ce în ce mai mari cu atât îți încearcă să prezici.

Din această cauză, limita de predictibilitate potențială a vremii este de aproximativ două săptămâni, spune Henson. „[Lorenz] a spus, în esență, că nu există nici un fel de a putea prezice caracteristicile meteorologice dincolo de acea perioadă, deoarece acele micile clapete ale fluturelor și nenumărate alte lucruri mici vor adăuga atât de multe schimbări mari, și există atât de multă incertitudine dincolo de această gamă, încât este doar este imposibil să spun nimic ”, spune el.

Nu vom putea niciodată să prezicem furtuni cu mai mult de câteva ore înainte

Judt, a cărui activitate se concentrează pe limita teoretică a preciziei în prognoza meteo, spune că nu vom putea niciodată să prezicem furtuni cu mai mult de câteva ore înainte, indiferent de cât de bune devin observațiile. Pentru uraganele și furtunile de iarnă, care sunt mult mai mari și, prin urmare, mai ușor de observat în avans, limita teoretică este de două până la trei săptămâni – „deci mai sunt de câștigat câteva zile, dacă nu o săptămână întreagă”, spune el.

„Am putea prognoza perfect dacă avem cunoștințe perfecte despre atmosferă și dacă avem modele meteorologice perfecte”, spune Judt. Dar niciodată nu vom putea măsura totul despre fiecare punct din atmosferă tot timpul cu o precizie finală, iar modelele noastre nu vor fi niciodată fără cusur. „Deci nu vom putea niciodată să realizăm prognoze perfecte.”

Construirea unei prognoze mai bune

Există mai multe modalități de a îmbunătăți prognozele decât de a face observații mai bune și de a îmbunătăți modelele noastre meteo. Înțelegerea modului în care oamenii folosesc prognoze și avertismente permite meteorologilor să furnizeze informații în cel mai util mod.

Una dintre cele mai mari provocări pentru meteorologi este condensarea unei prognoze, care reprezintă o răspândire a posibilelor condiții meteorologice de așteptat, într-o singură pictogramă sau în câteva propoziții care apar în aplicația dvs. meteo.

Nu putem să știm ât de mult va ploua, cât de greu, când sau pentru cât timp

Luăm, de exemplu, șansa de astăzi de ploaie în zona dvs. Acest lucru ar putea însemna lucruri ușor diferite provenite de la diferiți meteorologi, dar, în general, nu este doar șansa că voi, personal, veți asista la ploaie în acea zi. Majoritatea predictorilor calculează acest număr înmulțindu-și încrederea că ploaia va apărea în funcție de zona în care s-ar putea produce ploaia. Așadar, o șansă de ploaie de 40 la sută ar putea fi o șansă de 100 la sută în 40% din județul tău, sau o șansă de 60 la sută în 70% din județul tău.

În plus, ceea ce nu vă spune acest număr este cât de mult va ploua, cât de greu, când sau pentru cât timp. Așa că data viitoare când vedeți șanse mici de ploaie în prognoza dvs., verificați raportul meteo complet înainte de a părăsi umbrela acasă.

„Știința ne-a depășit abilitățile și cunoștințele de comunicare, într-o anumită măsură. Așadar, o mare parte din provocare este acum, cum să facem să le aducem oamenii ceea ce au nevoie? ”, Spune Henson. Acest lucru se datorează faptului că mai multe informații nu sunt întotdeauna cel mai bun mod de a comunica. „Dacă oamenii nu înțeleg, atunci nu ajută”, spune el.

Meteorologii țin cont de incertitudini rulând un model de mai multe ori

NOAA lucrează cu oamenii de știință sociali pentru a dezvolta prognoze care sunt mai relevante și mai bine orientate. Acest lucru este important mai ales datorită modului în care internetul a schimbat modul în care oamenii obțin și împărtășesc informații, spune Kelsch.

De exemplu, atunci când se creează prognoza oficială, meteorologii țin cont de incertitudini rulând un model de mai multe ori. De fiecare dată, modelul va da un rezultat ușor diferit, dar majoritatea rezultatelor vor fi foarte similare. Acest ansamblu de predicții este ceea ce devine prognoza oficială.

Prognozele s-au îmbunătățit dramatic dar meteorologii sunt în continuare învinuiți când greșesc

Însă, în ansamblu apar și rezultate periferice, cu probabilitate redusă. Deoarece aceste date sunt accesibile publicului, există întotdeauna riscul ca datele să fie partajate fără context pe rețelele de socializare. „Aceasta nu este o provocare care va dispărea”, spune Kelsch.

Și deși prognozele s-au îmbunătățit dramatic, meteorologii sunt în continuare învinuiți când greșesc. „Trebuie să ne amintim întotdeauna că nu vor exista niciodată prognoze perfecte, dar le îmbunătățim în continuare”, spune Judt.

Prognoza meteo cea mai marcantă este cea care a greșit

Pentru că pentru toți, „prognoza meteo cea mai marcantă este cea care a greșit – când așteptai ceva și ai fost surprins, acestea sunt cele pe care ți le amintești. Nu vă mai amintiți de fiecare dată că a fost exact așa cum ne-am așteptat, pentru că nu este o știre ”, spune Henson.

Atunci, pentru meteorologi, obiectivul final este de a face ca prognozele aproape în fiecare zi să fie absolut uitate.

Unde se întâmplă magia (prognoza)

În multe țări, un singur serviciu public de vreme este de obicei singura sursă disponibilă pentru prognoze, avertismente și alerte. Acești meteorologi lucrează pentru organizații publice sau guvernamentale. În schimb, Statele Unite au programe puternice de observare și prognoză a vremii la nivel public, privat (comercial) și universitar.

„Suntem, de asemenea, o țară mare și o țară populată, și una cu multe variații meteorologice. Cred că toate aceste lucruri ne-au consolidat interesul pentru vreme și sprijinul nostru pentru cercetarea și prognoza meteo ”, spune Bob Henson, de la Weather Underground. Cu alte cuvinte, S.U.A. este o putere de vreme. Aici, cele mai multe prognoze provin de la Centrele Naționale de Predicție a Mediului (NCEP).

SUA este o mare putere în ceea de privește prognoza vremii

Aceste centre fac parte din Serviciul Național Meteorologic (NWS), care în sine este o parte a Administrației Naționale Oceanice și Atmosferice (NOAA). NCEP rulează modele meteorologice, apoi difuzează rezultatele – precum și previziuni – la birourile NWS, care pot personaliza prognozele pentru regiunea lor.

Pentru previziuni pe termen lung, pe suprafețe mari, cel mai popular model din SUA este Global Forecast System, sau GFS. Pe 12 iunie, NOAA și-a anunțat primul upgrade major pentru GFS în aproape 40 de ani. Actualizarea include un nou nucleu dinamic, care este descrierea modelului cum se comportă atmosfera. Noul sistem, numit GFS-FV3, este mai bun la modelarea umidității și a norilor, permițând meteorologilor să prevadă furtunile cu o precizie mai mare ca niciodată.

Furnizorii meteorologici comerciali au funcții proprii de modelare a vremii

De exemplu, Weather Underground perfecționează prognoza oficială la o scară de cartier adăugând informații din rețeaua sa de peste un sfert de milioane de stații meteo personale. Acest lucru vă oferă informații meteo exacte pentru locația dvs. exactă atunci când deschideți aplicația serviciului, mai degrabă decât ceea ce face vremea în oraș.

Fiecare companie completează o nișă diferită, oferind diferite prognoze care să se concentreze pe, să zicem, condițiile de navigare, condițiile de incendiu sau problemele de transport, bazate pe observații și modele specifice care rafinează datele din sectorul public larg. De asemenea, aceste diferențe sunt de ce preferați să utilizați o aplicație sau un serviciu decât o alta.