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Wie entsteht das Wetter und wie genau kann man es vorhersagen?
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Video: Wenn nachts der Ozean erwacht 2024, März
Anonim

Prognostiker versprechen einen sonnigen Tag, und vor dem Fenster - ein Schneesturm. Prognoseungenauigkeiten sind sowohl mit sich schnell ändernden Umweltbedingungen als auch mit globalen Klimatransformationen verbunden. Dennoch ist den modernen Meteorologen ein Durchbruch in der Vorhersage gelungen, heute werden dafür mathematische Algorithmen verwendet, neue Methoden und Werkzeuge geschaffen, um aktuelle Wetterbedingungen zu studieren.

Wie Naturphänomene heute erforscht werden und ob es möglich ist, in Zukunft exakte Vorhersagen zu treffen, war im amerikanischen populärwissenschaftlichen Magazin Discover zu lesen. T&P hat den Artikel angepasst und übersetzt.

Wie entsteht das Wetter

Die atmosphärische Schicht der Erde besteht hauptsächlich aus Stickstoff, Sauerstoff und Wasserdampf. Diese Luft verhält sich wie eine Flüssigkeit und ändert, wenn sie von einem Ort zum anderen strömt, Temperatur, Feuchtigkeit und andere Eigenschaften. Wetter ist ein Nebenprodukt der Atmosphäre, die Wärme von einem Ort zum anderen transportiert.

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Kühlere Luft ist dicht und kann nicht viel Feuchtigkeit aufnehmen; wärmere Luft ist weniger dicht und kann mehr Wasser aufnehmen. Wenn Luftbereiche unterschiedlicher Temperatur und Dichte aufeinanderprallen, entsteht Regen, indem aus der abgekühlten warmen Luft Wasser gebildet wird. Andere Niederschläge können auftreten. Wenn die warme, feuchte Luft nach oben steigt, kühlt sie sich ab und das Wasser kondensiert an in der Luft schwebenden Partikeln. Aufsteigende Tröpfchen werden schwerer und fallen anschließend auf die Erde.

Ein Hurrikan entsteht, wenn sich das Meerwasser über 27 ° C erwärmt und schnell verdunstet und die Luft über dem Ozean warm wird und aufsteigt. An ihre Stelle treten kalte Luftströme, die sich ebenfalls erwärmen und aufsteigen. Diese Bewegungen erzeugen starke Winde, ein Hurrikan entsteht.

Wie Naturphänomene früher untersucht wurden

Wissenschaftliche Wetterbeobachtungen begannen in der Renaissance, als Barometer und Thermometer erfunden wurden. Alte europäische Gelehrte wie Galileo verwendeten diese Werkzeuge, um Wetterphänomene zu erklären.

Frühe Vorhersagen waren jedoch begrenzt und beruhten nur auf der Annahme, dass die Vergangenheit das zukünftige Verhalten bestimmen würde.

„Wenn es heute in Kansas und am nächsten Tag in Missouri einen Sturm gibt, kann man sagen, dass er am nächsten Tag nach Illinois kommt“, erklärt Bob Henson, Meteorologe und Autor von Weather Underground.

Diese Methode funktioniert unter konstanten Bedingungen – wenn sich der Sturm allmählich bewegt oder wenn sich das lokale Klima von Tag zu Tag nicht stark ändert (zum Beispiel in Südkalifornien).

Diese einfache Methode berücksichtigt jedoch nicht die sich ändernden Bedingungen: So bilden sich beispielsweise durch Konvektion (Bewegung der Luftmengen von einer Höhe in eine andere aufgrund der archimedischen Kraft) schnell Stürme. - Ed.). Glücklicherweise gibt es in der heutigen Welt neue Möglichkeiten, das Wetter vorherzusagen. Vorhersagen werden nicht von Leuten gemacht, die sich die Karten und die Hochs und Tiefs von gestern anschauen, sie werden von Maschinen gemacht.

Aktuelle Wettervorhersagen

Meteorologen verwenden numerische Wettervorhersagen, indem sie Daten über aktuelle Wetterbedingungen eingeben. Anschließend werden sie in einem Computermodell verarbeitet. Je relevantere und genauere Informationen eingegeben werden, desto genauer ist die Prognose. Um diese Daten zu erhalten, werden Instrumente wie ein Wetterballon, Flugzeuge, Satelliten und Ozeanbojen verwendet.

Wettermuster unterteilen eine Region, einen Staat oder sogar den gesamten Globus in Zellen. Ihre Größe beeinflusst die Genauigkeit der Vorhersage. Große Rechtecke sind schwieriger zu erkennen, was in kleinen Gebieten passiert, aber sie bieten ein Gesamtbild der Wettertrends im Laufe der Zeit. Diese allgemeine Vorhersage ist beispielsweise notwendig, um die Bewegung eines Sturms zu bestimmen.

Kleine Zellen mit höherer Auflösung ermöglichen Vorhersagen über einen kürzeren Zeitraum - ein bis zwei Tage - und decken nur einen bestimmten Bereich ab. Einige Modelle können sich auf bestimmte Daten wie Windgeschwindigkeit, Temperatur und Luftfeuchtigkeit konzentrieren. Daher können zwei Computermodelle selbst bei exakt gleichen anfänglichen Beobachtungen leicht unterschiedliche Ergebnisse liefern.

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Sind perfekte Vorhersagen möglich?

„Für die tägliche Wettervorhersage reichen Computermodelle aus, daher werden Meteorologen hier nicht viel hinzufügen“, sagt Schumacher, Assistenzprofessor für Atmosphärenwissenschaften an der Colorado State University. - Aber das bedeutet nicht, dass die Leute überhaupt nicht gebraucht werden. Der Prognostiker kann Ungenauigkeiten in den vom Computersystem reproduzierten Daten erkennen."

Der Niederschlag ist viel schwieriger vorherzusagen als die Temperatur, sagt Matt Kölsch, Hydrometeorologe bei der Atmospheric Research Corporation der Universität in Boulder.

„Temperatur ist ein kontinuierliches Feld, sie ist überall. Niederschlag ist ein intermittierendes Feld, an manchen Stellen kann es regnen oder schneien, an anderen aber überhaupt nicht."

Die Landschaftsmerkmale des Gebiets, wie Hügel, Küstenlinien, beeinflussen den Niederschlag, und Computermodelle berücksichtigen dies nicht immer. Kölsch sagt, man brauche einen Meteorologen, um Vorhersagen für 24 bis 36 Stunden zu machen. Die Vorhersage von Situationen mit großen Auswirkungen wie Hurrikans, Tornados und Überschwemmungen ist eine größere Herausforderung und erfordert sowohl menschliche Ressourcen als auch Computersysteme.

Seit den 1950er Jahren werden schnelle Computer immer genauere Vorhersagen. Die heutige Fünf-Tage-Vorhersage ist nach Angaben der National Oceanic and Atmospheric Administration in etwa 90 % der Fälle genau.

Die 7-Tage-Prognose erweist sich in 80 % der Fälle als richtig und die 10-Tage-Prognose in 50 % der Fälle.

Heute ist eine fünftägige Hurrikanvorhersage zuverlässiger als eine viertägige Vorhersage Anfang der 2000er und eine dreitägige Vorhersage in den 90er Jahren. Und ein Nature-Papier aus dem Jahr 2015 stellte fest, dass sich die Vorhersagen für drei bis zehn Tage in einem Jahrzehnt um etwa einen Tag verbesserten, was bedeutet, dass die aktuelle Sechs-Tage-Vorhersage genauso genau ist wie die Fünf-Tage-Vorhersage vor 10 Jahren.

Leider erschweren große klimatische Veränderungen den Vorhersageprozess. Es gibt einen Witz, dass ein flatternder Schmetterling in Hongkong das Wetter in New York verändern kann. Diese Idee wurde 1972 von dem Mathematiker und Meteorologen Edward Lorenz vorgebracht. Der „Schmetterlingseffekt“besteht darin, dass kleine Änderungen einen großen Einfluss auf die Entwicklung des gesamten Systems haben können.

In der Praxis bedeutet dies, dass ein mehrfach ausgeführtes Computermodell selbst bei kleinsten Unterschieden in den aktuellen Bedingungen unterschiedliche Vorhersagen liefern kann. Aus diesem Grund liegt die potenzielle Vorhersagegrenze bei etwa 14 Tagen, sagt Bob Henson.

„Lorenz hat im Grunde gesagt, dass es unmöglich ist, das Wetter für mehr als zwei Wochen vorherzusagen, weil diese kleinen Schmetterlingsflügel und unzählige andere kleine Dinge zu großen Veränderungen führen werden“, sagt Henson.

Der Meteorologe Judt ist zuversichtlich, dass die Menschheit ein Gewitter nie mehr als ein paar Stunden im Voraus vorhersagen kann, egal wie gut die Beobachtungen sind.

„Bei Orkanen und Stürmen, die viel stärker sind (und daher im Voraus leichter zu erkennen sind), kann der Zeitraum zwei bis drei Wochen betragen“, sagt er.

Bei der Vorhersage berücksichtigen Meteorologen Unsicherheiten, indem sie ein mathematisches Modell mehrmals verwenden. Gleichzeitig ergibt sich ein etwas anderes Ergebnis, aber die meisten von ihnen werden ähnlich sein. Die häufigsten werden das Endergebnis sein.

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