GERMAN UMLAUTS for Dummies - How To Pronounce Ä, Ö, Ü
Mục lục:
Khoa học về dự báo thời tiết rơi vào sự giám sát của công chúng mỗi ngày. Khi dự báo là chính xác, chúng tôi hiếm khi bình luận, nhưng chúng tôi thường nhanh chóng phàn nàn khi dự báo sai. Chúng ta có bao giờ có khả năng đạt được một dự báo hoàn hảo chính xác đến từng giờ không?
Có nhiều bước liên quan đến việc chuẩn bị dự báo thời tiết. Nó bắt đầu cuộc sống của mình như một bức ảnh toàn cầu chụp nhanh bầu không khí tại một thời điểm nhất định, được ánh xạ lên một lưới các điểm ba chiều trải khắp toàn cầu và trải dài từ bề mặt đến tầng bình lưu (và đôi khi cao hơn).
Sử dụng một siêu máy tính và một mô hình tinh vi mô tả hành vi của khí quyển với các phương trình vật lý, ảnh chụp nhanh này sau đó được đưa ra kịp thời, tạo ra nhiều terabyte dữ liệu dự báo thô. Sau đó, nó rơi vào các nhà dự báo của con người để giải thích dữ liệu và biến nó thành một dự báo có ý nghĩa được phát ra cho công chúng.
Cho dù trong thời tiết
Dự báo thời tiết là một thách thức rất lớn. Để bắt đầu, chúng tôi đang cố gắng dự đoán một cái gì đó vốn không thể đoán trước. Bầu khí quyển là một hệ thống hỗn loạn - một thay đổi nhỏ về trạng thái của bầu khí quyển ở một địa điểm có thể có những hậu quả đáng chú ý theo thời gian ở nơi khác, được một nhà khoa học gọi là hiệu ứng cánh bướm.
Bất kỳ lỗi nào phát triển trong một dự báo sẽ nhanh chóng phát triển và gây ra các lỗi tiếp theo trên quy mô lớn hơn. Và vì chúng ta phải đưa ra nhiều giả định khi mô hình hóa bầu không khí, nên rõ ràng có thể dễ dàng dự báo lỗi phát triển như thế nào. Để có một dự báo hoàn hảo, chúng tôi sẽ cần phải xóa từng lỗi.
Kỹ năng dự báo đã được cải thiện. Dự báo hiện đại chắc chắn đáng tin cậy hơn nhiều so với trước thời đại siêu máy tính. Dự báo xuất bản sớm nhất của Vương quốc Anh có từ năm 1861, khi sĩ quan Hải quân Hoàng gia và nhà khí tượng học sắc sảo Robert Fitzroy bắt đầu công bố dự báo trên tờ Thời báo.
Các phương pháp của ông liên quan đến việc vẽ biểu đồ thời tiết bằng cách sử dụng các quan sát từ một số ít địa điểm và đưa ra dự đoán dựa trên cách thời tiết phát triển trong quá khứ khi các biểu đồ tương tự nhau. Nhưng dự báo của ông thường sai và báo chí thường nhanh chóng chỉ trích.
Một bước tiến vượt bậc đã được thực hiện khi các siêu máy tính được giới thiệu đến cộng đồng dự báo vào những năm 1950. Mô hình máy tính đầu tiên đơn giản hơn nhiều so với ngày nay, dự đoán chỉ một biến trên lưới với khoảng cách hơn 750km.
Công trình này đã mở đường cho dự báo hiện đại, các nguyên tắc vẫn dựa trên cùng một cách tiếp cận và cùng một toán học, mặc dù các mô hình ngày nay phức tạp hơn nhiều và dự đoán nhiều biến số hơn.
Ngày nay, dự báo thời tiết thường bao gồm nhiều lần chạy mô hình thời tiết. Các trung tâm thời tiết hoạt động thường chạy một mô hình toàn cầu với khoảng cách lưới khoảng 10km, đầu ra của nó được chuyển đến một mô hình có độ phân giải cao hơn chạy trên một khu vực địa phương.
Để có được ý tưởng về sự không chắc chắn trong dự báo, nhiều trung tâm thời tiết cũng chạy một số dự báo song song, mỗi dự án có những thay đổi nhỏ được thực hiện cho ảnh chụp ban đầu. Những thay đổi nhỏ này phát triển trong quá trình dự báo và cung cấp cho các nhà dự báo ước tính khả năng xảy ra sự cố - ví dụ: tỷ lệ phần trăm của mưa.
Tương lai của dự báo
Thời đại siêu máy tính rất quan trọng trong việc cho phép khoa học dự báo thời tiết (và thực sự là dự báo khí hậu) phát triển. Các siêu máy tính hiện đại có khả năng thực hiện hàng ngàn nghìn tỷ phép tính mỗi giây và có thể lưu trữ và xử lý hàng petabyte dữ liệu. Siêu máy tính Cray tại Văn phòng Vương quốc Anh có sức mạnh xử lý và lưu trữ dữ liệu của khoảng một triệu điện thoại thông minh Samsung Galaxy S9.
Điều này có nghĩa là chúng tôi có khả năng xử lý để chạy các mô hình của chúng tôi ở độ phân giải cao và bao gồm nhiều biến trong dự báo của chúng tôi. Điều đó cũng có nghĩa là chúng ta có thể xử lý nhiều dữ liệu đầu vào hơn khi tạo ra snapshot chụp ban đầu của chúng tôi, tạo ra một bức tranh chính xác hơn về bầu không khí để bắt đầu dự báo.
Sự tiến bộ này đã dẫn đến sự gia tăng kỹ năng dự báo. Một định lượng gọn gàng này đã được trình bày trong một Thiên nhiên nghiên cứu từ năm 2015 bởi Peter Bauer, Alan Thorpe và Gilbert Brunet, mô tả những tiến bộ trong dự báo thời tiết như một cuộc cách mạng yên tĩnh của người Hồi giáo.
Chúng cho thấy rằng độ chính xác của dự báo năm ngày hiện nay tương đương với dự báo ba ngày khoảng 20 năm trước và mỗi thập kỷ, chúng ta đạt được một kỹ năng đáng giá trong một ngày. Về cơ bản, dự báo ba ngày của hôm nay chính xác như dự báo hai ngày của mười năm trước.
Nhưng liệu kỹ năng này có khả năng tiếp tục trong tương lai? Điều này một phần phụ thuộc vào những tiến bộ chúng ta có thể làm với công nghệ siêu máy tính. Các siêu máy tính nhanh hơn có nghĩa là chúng ta có thể chạy các mô hình của mình ở độ phân giải cao hơn và đại diện cho các quá trình khí quyển hơn, theo lý thuyết dẫn đến cải thiện hơn nữa kỹ năng dự báo.
Theo Moore Moore Law, sức mạnh tính toán của chúng tôi đã tăng gấp đôi cứ sau hai năm kể từ những năm 1970. Tuy nhiên, điều này đã chậm lại gần đây, vì vậy các cách tiếp cận khác có thể cần thiết để đạt được tiến bộ trong tương lai, chẳng hạn như tăng hiệu quả tính toán của các mô hình của chúng tôi.
Vậy chúng ta có thể dự đoán thời tiết với độ chính xác 100% không? Tóm lại, không. Có các phân tử 2 × 10 (200.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000) trong bầu khí quyển trong chuyển động ngẫu nhiên - cố gắng đại diện cho tất cả chúng sẽ là không thể đo lường được. Bản chất hỗn loạn của thời tiết có nghĩa là miễn là chúng ta phải đưa ra các giả định về các quá trình trong khí quyển, luôn có tiềm năng cho một mô hình phát triển lỗi.
Tiến bộ trong mô hình thời tiết có thể cải thiện các biểu diễn thống kê này và cho phép chúng tôi đưa ra các giả định thực tế hơn và các siêu máy tính nhanh hơn có thể cho phép chúng tôi thêm chi tiết hoặc độ phân giải vào các mô hình thời tiết của chúng tôi, nhưng, trung tâm của dự báo là một mô hình sẽ luôn yêu cầu một số các giả định.
Tuy nhiên, miễn là có nghiên cứu cải thiện những giả định này, tương lai của dự báo thời tiết có vẻ tươi sáng. Tuy nhiên, gần đến mức nào chúng ta có thể nhận được dự báo hoàn hảo, vẫn còn được nhìn thấy.
Bài viết này ban đầu được xuất bản trên Cuộc trò chuyện của Jon Shonk. Đọc văn bản gôc ở đây.