Jak daleko w przyszłość można przewidzieć pogodę? Poznaliśmy ostateczną granicę

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.