Naukowcy ustalili ostateczną granicę przewidywalności pogody

Pełny tekst

Od dziesięcioleci meteorolodzy próbują przesunąć granice przewidywania pogody, walcząc z kumulującymi się błędami pomiarowymi i niedoskonałością matematycznych modeli pogodowych. Zespół naukowców z University of Miami oraz National Oceanic and Atmospheric Administration, postanowił jednak zmienić perspektywę i zamiast na ułomnościach technologii, skoncentrował się na fundamentalnej energetyce ziemskiej atmosfery . Ich odkrycie rzuca nowe światło na to, jak daleko natura pozwala nam podejrzeć swoją przyszłość, zanim kwantowy chaos ostatecznie zamaże jej obraz .

Poza horyzont błędu pomiarowego

Meteorologia od zawsze borykała się z tzw. efektem motyla – faktem, że najmniejsza niedokładność w danych początkowych z czasem urasta do rozmiarów gigantycznego błędu . Dr Wei Zhan i dr Zoltan Toth zauważyli jednak, że dotychczasowe próby wyznaczenia granic przewidywalności były skazane na porażkę, ponieważ opierały się na analizie zachowania tychże błędów , co przy braku idealnych danych obserwacyjnych jest zadaniem niewykonalnym.

Badacze postanowili więc zadać pytanie fundamentalne: jaka byłaby granica przewidywania, gdybyśmy dysponowali wiedzą doskonałą , nie obarczoną żadnym błędem pomiarowym? Przyjęto założenie istnienia „idealnego obserwatora”, który zna każdy parametr atmosfery , procesy nią rządzące oraz wszystkie warunki brzegowe.

Takie podejście pozwoliło odsunąć na bok dzisiejsze technologiczne ograniczenia i skupić się na tym, co wynika bezpośrednio z nieubłaganych praw fizyki rządzących atmosferą Ziemi . Okazało się, że przyszłość pogody możemy przewidzieć najwyżej na 129 dni. Ale dlaczego?

Kwantowy szum ze Słońca

Kluczem do zrozumienia tej bariery okazał się obieg energii w atmosferze . Naukowcy wyszli z założenia, że gdybyśmy znali stan początkowy atmosfery w sposób absolutny, deterministyczna dynamika gazów pozwoliłaby nam tworzyć trafne prognozy w nieskończoność.

Istnieje jednak jeden element, którego nie da się okiełznać: niepewność na poziomie kwantowym , wprowadzana przez fotony w nieustannie docierającym promieniowaniu słonecznym. Słońce , będące silnikiem napędzającym wszystkie ruchy mas powietrza na Ziemi, bez przerwy bombarduje naszą atmosferę energią, która prędzej czy później dociera do każdej cząsteczki .

Niepewność związana z nieznaną fazą napływających fotonów w końcu musi zatrzeć wszelką „pamięć” o stanie początkowym . To właśnie ten moment stanowi nieprzekraczalny mur dla jakiejkolwiek formy przewidywania pogody.

Po uwzględnieniu całkowitej energii atmosfery, docierającego do planety promieniowania słonecznego oraz niepewności związanej z ich pomiarami, autorzy ustalili, że prawdopodobna granica przewidywalności pogody wynosi 129 (plus minus 7 dni) .

Przyszłość prognozowania pogody

To wciąż oznacza, że prognozy można znacząco poprawić . Obecnie precyzyjne prognozy obejmują zaledwie kilka (maksimum pięć) dni, co pokazuje, jak ogromny dystans dzieli naszą technologię od teoretycznego maksimum. Autorzy badania wyliczyli, że w idealnych warunkach prognoza o jakości dzisiejszej „pięciodniówki” mogłaby sięgać 62 dni w przyszłość.

Ale warunki idealne są nierealne. Mimo to, między 62 dniami, a dzisiejszymi prognozami 5-dniowymi wciąż jest ogromna przepaść . I z pewnością postęp techniczny będzie ją stopniowo „zasypywać”.

Źródło: Advances in Atmospheric Sciences

Szukasz więcej inspirujących podróży, fascynujących odkryć i opowieści ze świata nauki? Skorzystaj ze specjalnej oferty prenumeraty magazynów National Geographic Polska i National Geographic Traveler .

Nasza autorka

Magdalena Rudzka

Redaktorka i wydawczyni National-Geographic.pl. Wcześniej związana m.in. z National Geographic Traveler i magazynem pokładowym PLL LOT Kaleidoscope. Z wykształcenia humanistka (MISH i SNS PAN), ale to przyroda stanowi jej największą pasję. Szczególnie bliskie są jej ekosystemy słodkowodne, a prawdziwym „konikiem” są ryby. W National-Geographic.pl pisze o swoich przyrodniczych pasjach, nauce i medycynie. Prywatnie ceni sobie podróże po nieoczywistych kierunkach, ze szczególnym sentymentem do Europy Środkowej i Wschodniej.