Hoe ontstaat het weer en hoe nauwkeurig kun je het voorspellen?

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

Voorspellers beloven een zonnige dag en buiten het raam - een sneeuwstorm. Onnauwkeurigheden in voorspellingen worden in verband gebracht met zowel snel veranderende omgevingsomstandigheden als wereldwijde klimaattransformaties. Desalniettemin hebben moderne meteorologen een doorbraak gemaakt in het voorspellen, tegenwoordig worden hiervoor wiskundige algoritmen gebruikt, nieuwe methoden en hulpmiddelen worden gecreëerd om de huidige weersomstandigheden te bestuderen.

Hoe natuurlijke fenomenen tegenwoordig worden bestudeerd en of het mogelijk is om in de toekomst perfect nauwkeurige voorspellingen te doen, was direct beschikbaar in het Amerikaanse populair-wetenschappelijke tijdschrift Discover. T&P heeft het artikel aangepast en vertaald.

Hoe ontstaat het weer

De atmosferische laag van de aarde bestaat voornamelijk uit stikstof, zuurstof en waterdamp. Deze lucht gedraagt zich als een vloeistof en verandert van de ene plaats naar de andere, temperatuur, vochtigheid en andere kenmerken. Het weer is een bijproduct van de atmosfeer, die warmte van de ene plaats naar de andere transporteert.

Koelere lucht is dicht en kan niet veel vocht vasthouden; warmere lucht is minder dicht en kan meer water vasthouden. Wanneer luchtgebieden met verschillende temperatuur en dichtheid met elkaar botsen, treedt er regen op als water wordt gevormd uit de gekoelde warme lucht. Andere neerslag kan optreden. Terwijl de warme, vochtige lucht naar boven stijgt, koelt deze af en condenseert het water op deeltjes die in de lucht zweven. Opstijgende druppels worden zwaarder en vallen vervolgens op de aarde.

Een orkaan ontstaat wanneer het zeewater boven de 27 verwarmt en snel verdampt, en de lucht boven de oceaan warm wordt en stijgt. In plaats daarvan komen koude luchtstromen, die ook opwarmen en opstijgen. Deze bewegingen zorgen voor harde wind, er ontstaat een orkaan.

Hoe natuurlijke fenomenen eerder werden bestudeerd?

Wetenschappelijke weerwaarnemingen begonnen in de Renaissance, toen barometers en thermometers werden uitgevonden. Oude Europese geleerden zoals Galileo gebruikten deze hulpmiddelen om weersverschijnselen te verklaren.

Maar vroege voorspellingen waren beperkt en alleen gebaseerd op de veronderstelling dat het verleden toekomstig gedrag zou bepalen.

"Als er vandaag een storm is in Kansas en de volgende dag in Missouri, kun je zien dat het de volgende dag naar Illinois zal komen", legt Bob Henson, meteoroloog en auteur van Weather Underground, uit.

Deze methode werkt onder constante omstandigheden - wanneer de storm zich geleidelijk verplaatst of wanneer het lokale klimaat niet veel verandert van dag tot dag (bijvoorbeeld in Zuid-Californië).

Deze eenvoudige methode houdt echter geen rekening met veranderende omstandigheden: stormen worden bijvoorbeeld snel gevormd door convectie (verplaatsing van luchtvolumes van de ene hoogte naar de andere, vanwege de Archimedische kracht. - Vert.). Gelukkig zijn er nieuwe manieren om het weer in de wereld van vandaag te voorspellen. Prognoses worden niet gemaakt door mensen die naar de kaarten kijken en de hoogte- en dieptepunten van gisteren, ze worden gemaakt door machines.

Actuele weersvoorspellingen

Meteorologen gebruiken numerieke weersvoorspellingen door gegevens over de huidige weersomstandigheden in te voeren. Vervolgens worden ze verwerkt in een computermodel. Hoe meer relevante en nauwkeurige informatie wordt ingevoerd, hoe nauwkeuriger de prognose zal zijn. Om deze gegevens te verkrijgen, worden instrumenten zoals een weerballon, vliegtuigen, satellieten en oceaanboeien gebruikt.

Weerpatronen verdelen een regio, staat of zelfs de hele wereld in cellen. Hun grootte beïnvloedt de nauwkeurigheid van de voorspelling. Grote rechthoeken zijn moeilijker te zien wat er in kleine gebieden gebeurt, maar ze geven een algemeen beeld van de weerstrends in de loop van de tijd. Deze algemene voorspelling is bijvoorbeeld nodig om de beweging van een storm te bepalen.

Kleine cellen met een hogere resolutie maken voorspellingen mogelijk over een kortere periode - een tot twee dagen - en bestrijken alleen een specifiek gebied. Sommige modellen kunnen zich richten op specifieke gegevens zoals windsnelheid, temperatuur en vochtigheid. Daarom kunnen twee computermodellen enigszins verschillende resultaten geven, zelfs met exact dezelfde eerste waarnemingen.

Zijn perfecte voorspellingen mogelijk?

"Computermodellen zijn voldoende voor dagelijkse weersvoorspellingen, dus meteorologen zullen hier niet veel toevoegen", zegt Schumacher, assistent-professor atmosferische wetenschappen aan de Colorado State University. - Maar dit betekent niet dat er helemaal geen mensen nodig zijn. De voorspeller kan onnauwkeurigheden herkennen in de gegevens die door het computersysteem worden weergegeven."

Neerslag is veel moeilijker te voorspellen dan temperatuur, zegt Matt Kölsch, een hydrometeoroloog bij de Atmospheric Research Corporation van de universiteit in Boulder.

“Temperatuur is een continu veld, het is overal. Neerslag is een intermitterend veld, op sommige plaatsen kan het regenen of sneeuwen, maar op andere zal het helemaal niet zijn."

De landschappelijke kenmerken van het gebied, zoals heuvels, kustlijnen, beïnvloeden de neerslag en computermodellen houden daar niet altijd rekening mee. Kölsch zegt dat er een meteoroloog nodig is om voorspellingen te doen voor 24 tot 36 uur. Het voorspellen van situaties met grote impact, zoals orkanen, tornado's en overstromingen, is een grotere uitdaging en vereist zowel personeel als computersystemen.

Sinds de jaren vijftig zijn snelle computers steeds nauwkeurigere voorspellingen geworden. De vijfdaagse voorspelling van vandaag is ongeveer 90% van de tijd nauwkeurig, volgens de National Oceanic and Atmospheric Administration.

De 7-daagse voorspelling blijkt 80% van de tijd correct te zijn, en de 10-daagse voorspelling 50%

Tegenwoordig is een vijfdaagse orkaanvoorspelling betrouwbaarder dan een vierdaagse voorspelling in het begin van de jaren 2000 en een driedaagse voorspelling in de jaren negentig. En een Nature-paper uit 2015 ontdekte dat de voorspellingen voor drie tot tien dagen met ongeveer een dag in tien jaar verbeterden, wat betekent dat de huidige zesdaagse voorspelling net zo nauwkeurig is als de vijfdaagse voorspelling van 10 jaar geleden.

Helaas bemoeilijken grote klimaatveranderingen het prognoseproces. Er is een grap dat een fladderende vlinder in Hong Kong het weer in New York kan veranderen. Dit idee werd in 1972 naar voren gebracht door de wiskundige en meteoroloog Edward Lorenz. Het “vlindereffect” is dat kleine veranderingen een enorme impact kunnen hebben op de ontwikkeling van het hele systeem.

In de praktijk betekent dit dat één computermodel, meer dan eens uitgevoerd, zelfs met de kleinste verschillen in de huidige omstandigheden, verschillende voorspellingen kan geven. Hierdoor ligt de potentiële prognoselimiet rond de 14 dagen, zegt Bob Henson.

"Lorenz zei eigenlijk dat het onmogelijk is om de weerpatronen voor meer dan twee weken te voorspellen, omdat deze kleine vlindervleugels en talloze andere kleine dingen tot grote veranderingen zullen leiden", zegt Henson.

Meteoroloog Judt is ervan overtuigd dat de mensheid een onweersbui nooit meer dan een paar uur van tevoren kan voorspellen, hoe goed de waarnemingen ook zijn.

"Voor orkanen en stormen die veel sterker zijn (en dus gemakkelijker van tevoren te detecteren), kan de periode twee tot drie weken zijn", zegt hij.

Bij het maken van een voorspelling houden meteorologen rekening met onzekerheden door meerdere keren gebruik te maken van een wiskundig model. Tegelijkertijd geeft het een iets ander resultaat, maar de meeste zullen vergelijkbaar zijn. De meest voorkomende zijn het eindresultaat.