Η αριθμητική πρόγνωση του καιρού είναι ο τρόπος με τον οποίο γίνονται οι μετεωρολογικές προβλέψεις. Αυτό γίνεται με τη χρήση υπολογιστικών μοντέλων της ατμόσφαιρας. Τα μοντέλα αυτά περιγράφουν τις τρέχουσες καιρικές συνθήκες και τον τρόπο με τον οποίο αυτές μεταβάλλονται με την πάροδο του χρόνου, χρησιμοποιώντας εξισώσεις. Χρησιμοποιώντας τις τρέχουσες καιρικές συνθήκες, οι εξισώσεις μπορούν να επιλυθούν ή να προσεγγιστούν για να πούμε πώς θα είναι ο καιρός στο εγγύς μέλλον. Οι σχετικές φυσικές παράμετροι, όπως η πίεση, η θερμοκρασία, η κατεύθυνση και η ταχύτητα του ανέμου, θεωρούνται συναρτήσεις του χρόνου. Αυτές μοντελοποιούνται με ένα σύστημα μερικών διαφορικών εξισώσεων. Πρόκειται για ένα δυναμικό σύστημα που επιλύεται αριθμητικά. Οι περισσότερες από αυτές τις εξισώσεις υλοποιούνται με τη χρήση FORTRAN. Οι εξισώσεις προσεγγίζονται. Δεδομένου ότι ο αριθμός των υπολογισμών είναι τεράστιος, τους κάνουν συνήθως υπερυπολογιστές, για να τελειώσουν πριν να είναι πολύ αργά.
Αριθμητική πρόγνωση καιρού
Βασική ιδέα
Η ατμόσφαιρα μοντελοποιείται ως ρευστό. Η βασική ιδέα της αριθμητικής πρόγνωσης του καιρού είναι η δειγματοληψία της κατάστασης του ρευστού σε μια δεδομένη χρονική στιγμή. Οι εξισώσεις της δυναμικής των ρευστών και της θερμοδυναμικής μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για την εκτίμηση της κατάστασης του ρευστού σε κάποια στιγμή στο μέλλον.
Τοπική πρόγνωση καιρού
Τα αποτελέσματα είναι συνήθως πολύ ανακριβή για να χρησιμοποιηθούν για την πρόβλεψη του καιρού σε οποιοδήποτε μέρος. Για το λόγο αυτό, οι μετεωρολόγοι ελέγχουν τις τιμές και τις συγκρίνουν με ιστορικά δεδομένα. Με άλλα λόγια, χρησιμοποιούν τα δεδομένα για να βοηθήσουν στην παραγωγή της πρόγνωσης του καιρού.
Το Model Output Statistics είναι ένα στατιστικό μοντέλο που αναπτύχθηκε στις δεκαετίες του 1960 και 1970. Χρησιμοποιεί ανάλυση παλινδρόμησης για μια πλήρως αυτοματοποιημένη πρόβλεψη. Με αυτό, τα ιστορικά δεδομένα αναλύονται αυτόματα. Μια από τις εφαρμογές της ονομάζεται Direct Model Output. Το MOS χρησιμοποιεί τόσο τα ιστορικά δεδομένα όσο και τη στατιστική μοντελοποίηση. Οι προβλέψεις πέραν των έξι περίπου ωρών είναι αναξιόπιστες.
Ένα άλλο γνωστό μοντέλο ονομάζεται Παγκόσμιο Σύστημα Πρόγνωσης (GFS), το οποίο διαχειρίζεται η μετεωρολογική υπηρεσία των ΗΠΑ, NOAA. Δίνει μια πρόγνωση τέσσερις φορές την ημέρα. Δεδομένου ότι οι πληροφορίες είναι δωρεάν, το GFS χρησιμοποιείται συχνά, ιδίως από μικρότερους μετεωρολογικούς σταθμούς.
Ensembles
Η ατμόσφαιρα είναι ένα χαοτικό σύστημα. Μια μικρή μεταβολή των τιμών εισόδου δεν οδηγεί απαραίτητα σε μια μικρή μεταβολή της εξόδου. Αυτό οφείλεται στις εξισώσεις ρευστοδυναμικής που εμπλέκονται. Αυτές οι εμπλεκόμενες εξισώσεις επιλύονται ή προσεγγίζονται μία φορά με τις παραμέτρους που παρατηρήθηκαν. Αυτό γίνεται αρκετές φορές ακόμη, με παραμέτρους που βασίζονται στις παρατηρούμενες τιμές, οι οποίες όμως έχουν αλλάξει ελαφρώς. Επειδή η υπολογιστική ισχύς είναι περιορισμένη, η "ανάλυση" ενός τέτοιου μοντέλου είναι πιο χονδροειδής. Μόλις ολοκληρωθούν όλοι οι υπολογισμοί, συγκρίνονται μεταξύ τους. Τα υπολογισμένα αποτελέσματα που είναι "παρόμοια" υποδηλώνουν ότι η πρόγνωση είναι σχετικά καλή. Σε ορισμένες περιπτώσεις, αυτό σημαίνει ότι είναι δυνατή η ακριβής πρόβλεψη του καιρού για ένα χρονικό διάστημα περίπου δέκα ημερών- σε άλλες περιπτώσεις η πρόβλεψη ακόμη και για λίγες ημέρες μπορεί να είναι δύσκολη.
Σχετικές σελίδες
- Γραφείο Μετεωρολογίας
- Μοντέλο πρόβλεψης τροπικών κυκλώνων
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Q: Τι είναι η αριθμητική πρόγνωση του καιρού;
A: Η αριθμητική πρόγνωση του καιρού είναι ο τρόπος με τον οποίο γίνονται οι προβλέψεις του καιρού χρησιμοποιώντας υπολογιστικά μοντέλα της ατμόσφαιρας.
Ερ: Πώς περιγράφουν αυτά τα μοντέλα τις τρέχουσες καιρικές συνθήκες;
A: Τα μοντέλα αυτά περιγράφουν τις τρέχουσες καιρικές συνθήκες χρησιμοποιώντας εξισώσεις που λαμβάνουν υπόψη παραμέτρους όπως η πίεση, η θερμοκρασία, η κατεύθυνση και η ταχύτητα του ανέμου.
Ερ: Πώς επιλύονται αυτές οι εξισώσεις;
Α: Οι εξισώσεις αυτές επιλύονται αριθμητικά χρησιμοποιώντας ένα δυναμικό σύστημα μερικών διαφορικών εξισώσεων.
Ερ: Με ποια γλώσσα προγραμματισμού υλοποιούνται αυτές οι εξισώσεις;
Α: Οι περισσότερες από αυτές τις εξισώσεις υλοποιούνται με τη χρήση FORTRAN.
Ε: Γιατί χρησιμοποιούνται υπερυπολογιστές για την επίλυση αυτών των εξισώσεων;
Α: Οι υπερυπολογιστές χρησιμοποιούνται επειδή ο αριθμός των υπολογισμών είναι τεράστιος και πρέπει να ολοκληρωθούν γρήγορα.
Ερ: Ποιες φυσικές παράμετροι λαμβάνονται υπόψη κατά τη μοντελοποίηση του καιρού;
Α: Κατά τη μοντελοποίηση του καιρού λαμβάνονται υπόψη φυσικές παράμετροι όπως η πίεση, η θερμοκρασία, η κατεύθυνση και η ταχύτητα του ανέμου.
Ερ: Μπορεί αυτή η μοντελοποίηση να προβλέψει με ακρίβεια τον καιρό;
Α: Αν και η μοντελοποίηση δεν είναι πάντα απόλυτα ακριβής, χρησιμεύει ως ένα χρήσιμο εργαλείο για την πρόβλεψη των καιρικών συνθηκών στο μέλλον.