Ауа райы қалай пайда болады және оны қаншалықты дәл болжауға болады?

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-16 16:10

Синоптиктер шуақты күнді, ал терезенің сыртында - боранды уәде етеді. Болжамдардың дәлсіздіктері қоршаған ортаның тез өзгеретін жағдайларымен де, климаттың жаһандық өзгерістерімен де байланысты. Осыған қарамастан, қазіргі метеорологтар болжауда серпіліс жасады, бүгінгі күні бұл үшін математикалық алгоритмдер қолданылады, қазіргі ауа райы жағдайларын зерттеу үшін жаңа әдістер мен құралдар жасалуда.

Бүгінгі таңда табиғат құбылыстары қалай зерттеліп жатқаны және болашақта мінсіз дәл болжам жасауға болатын-болмайтыны американдық Discover ғылыми-көпшілік журналында оңай қол жетімді болды. T&P мақаланы бейімдеп, аударды.

Ауа райы қалай пайда болады

Жердің атмосфералық қабаты негізінен азот, оттегі және су буларынан тұрады. Бұл ауа сұйықтық сияқты әрекет етеді және бір жерден екінші жерге ағып, температураны, ылғалдылықты және басқа сипаттамаларды өзгертеді. Ауа-райы - атмосфераның жанама өнімі, ол жылуды бір жерден екінші жерге тасымалдайды.

Салқын ауа тығыз және ылғалды көп ұстай алмайды; жылы ауаның тығыздығы азырақ және суды көбірек ұстай алады. Температурасы мен тығыздығы әртүрлі ауа учаскелері соқтығысқанда, салқындатылған жылы ауадан су пайда болған кезде жаңбыр жауады. Басқа жауын-шашын болуы мүмкін. Жылы, ылғалды ауа жоғары көтерілген сайын ол салқындап, су ауада ілінген бөлшектерде конденсацияланады. Көтерілген тамшылар ауырлап, кейін Жерге түседі.

Дауыл теңіз суы 27 ℃-тан жоғары қызып, тез буланып, мұхит үстіндегі ауа жылып, көтерілгенде пайда болады. Оның орнына суық ауа ағындары келеді, олар да қызады және көтеріледі. Бұл қозғалыстар қатты желдер тудырады, дауыл пайда болады.

Бұрын табиғат құбылыстары қалай зерттелген

Ғылыми ауа райын бақылау Қайта өрлеу дәуірінде барометрлер мен термометрлер ойлап табылған кезде басталды. Галилео сияқты ежелгі еуропалық ғалымдар ауа райы құбылыстарын түсіндіру үшін осы құралдарды пайдаланды.

Бірақ ерте болжамдар шектеулі болды және тек өткен болашақ мінез-құлықты анықтайды деген болжамға негізделген.

«Егер бүгін Канзаста және келесі күні Миссуриде дауыл болса, оның келесі күні Иллинойсқа келетінін айта аласыз», - деп түсіндіреді Боб Хенсон, метеоролог және Weather Underground авторы.

Бұл әдіс тұрақты жағдайларда жұмыс істейді - дауыл бірте-бірте қозғалғанда немесе жергілікті климат күннен-күнге көп өзгермегенде (мысалы, Оңтүстік Калифорнияда).

Бірақ бұл қарапайым әдіс өзгермелі жағдайларды есепке алмайды: мысалы, конвекция (ауа көлемдерінің бір биіктіктен екінші биіктікке жылжуы, архимед күшінің әсерінен. – Ред.) әсерінен дауылдар тез қалыптасады. Бақытымызға орай, қазіргі әлемде ауа-райын болжаудың жаңа әдістері бар. Болжамдарды картаға және кешегі биік-төменге қарап отырған адамдар жасамайды, оны машиналар жасайды.

Жаңартылған ауа райы болжамдары

Метеорологтар ағымдағы ауа райы жағдайлары туралы деректерді енгізу арқылы ауа райының сандық болжамын пайдаланады. Содан кейін олар компьютерлік үлгіде өңделеді. Неғұрлым өзекті және нақты ақпарат енгізілсе, соғұрлым болжам дәлірек болады. Бұл деректерді алу үшін ауа райы шары, ұшақтар, спутниктер және мұхит қалқымалары сияқты құралдар пайдаланылады.

Ауа райы үлгілері аймақты, штатты немесе тіпті бүкіл жер шарын ұяшықтарға бөледі. Олардың мөлшері болжамның дәлдігіне әсер етеді. Үлкен тіктөртбұрыштар кішігірім аумақтарда не болып жатқанын көру қиынырақ, бірақ олар уақыт өте келе ауа райы үрдістерінің жалпы бейнесін береді. Бұл жалпы болжам, мысалы, дауылдың қозғалысын анықтау үшін қажет.

Ажыратымдылығы жоғары шағын ұяшықтар қысқа мерзім ішінде – бір-екі күн – болжам жасауға мүмкіндік береді және тек белгілі бір аумақты қамтиды. Кейбір үлгілер жел жылдамдығы, температура және ылғалдылық сияқты нақты деректерге назар аударуы мүмкін. Сондықтан, екі компьютерлік модель тіпті бірдей бастапқы бақылаулармен сәл өзгеше нәтижелер бере алады.

Керемет болжамдар мүмкін бе?

«Компьютерлік модельдер күнделікті ауа-райын болжау үшін жеткілікті, сондықтан метеорологтар мұнда көп нәрсені қоспайды», - дейді Шумахер, Колорадо мемлекеттік университетінің атмосфералық ғылымдар кафедрасының доценті. – Бірақ бұл адам мүлдем керек емес деген сөз емес. Синоптик компьютерлік жүйе шығарған деректердегі дәлсіздіктерді тани алады ».

Боулдердегі университеттің атмосфералық зерттеулер корпорациясының гидрометеорологы Мэтт Кёлш жауын-шашынды болжау температураға қарағанда әлдеқайда қиын дейді.

«Температура - үздіксіз өріс, ол барлық жерде. Жауын-шашын – үзік-үзік өріс, кей жерлерде жаңбыр немесе қар жаууы мүмкін, ал басқаларында мүлде болмайды».

Аумақтың ландшафты ерекшеліктері, мысалы, төбелер, жағалау сызығы жауын-шашынға әсер етеді және компьютерлік модельдер мұны әрдайым ескермейді. Көлш 24-36 сағатқа болжам жасау үшін метеоролог қажет дейді. Дауыл, торнадо және су тасқыны сияқты жоғары әсер ететін жағдайларды болжау қиынырақ және адам ресурстарын да, компьютерлік жүйелерді де қажет етеді.

1950 жылдардан бастап жылдам компьютерлер барған сайын дәл болжауға айналды. Ұлттық мұхиттық және атмосфералық басқарманың мәліметінше, бүгінгі бес күндік болжам уақыттың шамамен 90% дәл.

7 күндік болжам уақыттың 80%, ал 10 күндік болжам 50% дұрыс болып шығады.

Бүгінгі таңда бес күндік дауыл болжамы 2000 жылдардың басындағы төрт күндік болжамға және 1990 жылдардағы үш күндік болжамға қарағанда сенімдірек. Ал 2015 жылғы Nature журналы үш-он күндік болжамдар онжылдықта шамамен бір күнге жақсарғанын анықтады, яғни қазіргі алты күндік болжам 10 жыл бұрынғы бес күндік болжам сияқты дәл.

Өкінішке орай, негізгі климаттық өзгерістер болжау процесін қиындатады. Гонконгта көбелектің ұшып кетуі Нью-Йорктегі ауа-райын өзгертеді деген әзіл бар. Бұл идеяны 1972 жылы математик және метеоролог Эдвард Лоренц ұсынған. «Көбелек әсері» шағын өзгерістер бүкіл жүйенің дамуына үлкен әсер етуі мүмкін.

Тәжірибеде бұл бір компьютер моделі, бірнеше рет жұмыс істейтін, тіпті қазіргі жағдайда ең аз айырмашылықтар болса да, әртүрлі болжамдар бере алатынын білдіреді. Осыған байланысты болжамның ықтимал шегі шамамен 14 күн, дейді Боб Хенсон.

«Лоренц негізінен екі аптадан астам ауа-райының үлгісін болжау мүмкін емес екенін айтты, өйткені бұл кішкентай көбелектің қанаттары және басқа да сансыз ұсақ-түйектер үлкен өзгерістерге әкеледі», - дейді Хенсон.

Метеоролог Джудт бақылаулар қаншалықты жақсы болса да, адамзат бір-екі сағат бұрын найзағайдың болатынын ешқашан болжай алмайтынына сенімді.

«Әлдеқайда күшті дауылдар мен дауылдар үшін (сондықтан алдын ала анықтау оңай) кезең екі-үш апта болуы мүмкін», - дейді ол.

Болжам жасау кезінде метеорологтар бірнеше рет математикалық модельді қолдану арқылы белгісіздіктерді есепке алады. Сонымен қатар, ол сәл өзгеше нәтиже береді, бірақ олардың көпшілігі ұқсас болады. Ең жиі кездесетіндер соңғы нәтиже болады.