아인슈타인, 뉴턴, 맥스웰과 같은 과학자들은 정밀하고 정확하게 실제 사건을 예측할 수있는 이론 물리학을 만들 수 있었지만 기상 과학자 (날씨 및 대기 전문가)는 다른 현실에 직면했습니다.
날씨에 대한 기상 학자의 예측은 종종 실제 사건과 모순됩니다.
인간은 미래 수백 년 동안 행성, 달, 혜성의 위치를 정확하게 예측할 수 있었지만, 미래의 날씨가 어떻게 될지 정확하게 예측할 수 없었습니까? 비가 오는 중이 야? 온도는 얼마입니까?
날씨 과학은 빠르게 발전했습니다
기상 과학이나 기상학은 1 세기 전에 수학자 인 루이스 프라이 리차드슨이 6 주 동안 손으로 세어 향후 6 시간 동안의 날씨를 예측하면서 발전하기 시작했습니다.
날씨 예측은 컴퓨터의 진행 상황에 따라 다릅니다. 기상 학자에게 이것은 엄청난 성과입니다. 일반 대중에게는 그다지 중요하지 않습니다.
날씨 예측은 적어도 지난 20 년 동안 상당한 발전을 경험했습니다.
오늘 실시한 3 일 날씨 예측은 20 년 전의 1 일 날씨 예측보다 낫습니다.
오늘날 날씨 과학자들은 수학적 방정식을 사용하여 날씨를 예측하는 수치 예측 없이는 작업 할 수 없습니다.
이 수학 방정식을 계산하려면 정교한 컴퓨터와 육지, 해상 및 공중에서 사용할 수있는 많은 물리적 매개 변수 데이터가 필요합니다.
2 × 10⁴⁴ (200,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000) 개의 분자가 무작위로 움직이고 있으며, 우리는 모든 분자의 움직임을 계산하려고합니다.
수집 및 처리해야하는 수백만 개의 데이터
단기 예측은 온도, 구름, 강우, 바람 및 기압에 따라 달라집니다. 장기 예측, 육지 및 해수 온도, 해류, 대기 오염 등을 추가합니다.
내일의 날씨를 예측하려면 많은 노력이 필요합니다. BMKG는 기상 풍선 및 위성뿐만 아니라 현장 관측소에서 매일 수백만 개의 관측 데이터를 수집합니다.
또한 읽으십시오 : 왜 수학을 공부합니까? 로그를 사용하여 Siomay를 구매하지 마십시오.하나의 기상 관측소는 그렇게 많은 정보를 수집 할 수 없습니다. 시간이 지남에 따라 여러 위치에서 데이터를 수집하는 대규모 기상 관측소 네트워크를 사용합니다.
일부 관측소는 풍속과 방향을 측정하기위한 풍속계, 강우량을 측정하기위한 저수지, 온도와 습도를 측정하기위한 수온계로 구성된 육상에 있습니다.
다른 여러 관측소가 부표에 설치된 관측 장비가 바다에 떠 있습니다. 그리고 비행기와 선박에는 여전히 움직이는 스테이션, 관측 장비가 있습니다. 또한 기상 위성과 라디오 존데 풍선을 통해 대기 상층부에서 데이터를 가져옵니다.
이러한 모든 스테이션의 모든 물리적 매개 변수 데이터는 매일 100 만 개 이상의 데이터를 생성합니다.
랩톱이나 컴퓨터는이 데이터를 처리하는 것은 물론 저장할 수 없습니다. 그러나 기상 학자들은 초당 수백만 개의 데이터를 계산할 수있는 강력한 엔진 인 슈퍼 컴퓨터를 가지고 있습니다.
날씨 예측을위한 슈퍼 컴퓨터
미국에는 NCEP (National Centers for Environmental Prediction)에서 운영하는 슈퍼 컴퓨터가 있습니다. 슈퍼 컴퓨터로 작업 할 때 2.6 페타 바이트의 데이터를 처리하는 10,000 개 이상의 프로세서가 있습니다.
그곳에서 관측 된 데이터는 복잡한 수학적 모델링 방정식을 사용하여 시간이 지남에 따라 기상 조건이 어떻게 변하는 지 예측하는 슈퍼 컴퓨터 두뇌에 입력됩니다. 이 슈퍼 컴퓨터 예측의 결과는 텔레비전, 인터넷 페이지, 응용 프로그램 및 기타를 통해 대중에게 방송되거나 배포됩니다.
이 슈퍼 컴퓨터는 그러한 첨단 기술이 있어도 실수를 할 수 없다고 생각하지 마십시오.이 슈퍼 컴퓨터는 날씨를 예측하는 큰 도전에 직면 할 수 없습니다.
대규모 기상 현상은 각각 다양한 변수의 영향을받습니다. 예를 들어, 태양 복사가 지구 표면을 가열하는 방법, 기압의 차이가 바람을 일으키는 방법, 물의 위상 변화, 용해 및 증발이 에너지 흐름에 어떤 영향을 미치는지 고려하십시오.
기상 학자들은 이제 여러 예측을 기반으로하는 앙상블을 사용한 예측과 같은 혼돈을 처리하기 위해 지속적으로 업데이트되는 기술과 기술을 사용하고 각 예측은 다양한 시작점을 사용합니다.
앙상블의 모든 예측이 동일하게 보이면 날씨는 정상일 것으로 예측됩니다. 눈에 띄게 다르게 보이는 예측이 있다면 날씨가 변하는 경향이있을 것으로 예측됩니다.
또한 읽으십시오 : tardigrade는 무엇입니까? 왜 달에 도착 했습니까?불행히도 혼돈은 여전히 존재하며 기상 학자들은 절대적으로 확실하게 날씨를 예측할 수 없습니다. 폭풍, 토네이도 또는 극심한 비가 오든간에 작은 경고와 함께 항상 재난을 가져올 것입니다.
우주의 본질로서의 혼돈, 무질서
이 복잡한 계산에서 변수 중 하나를 약간만 변경하면 미래 날씨에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. MIT의 기상학자인 Edwan Lorenz는 이것을 나비 효과라고 부릅니다.
이렇게 간단히 묘사하면 아시아 숲 한가운데 나비의 날개가 펄럭이면 뉴욕시에 폭우가 올 수 있습니다.
그는 초기 조건의 작은 변화가 최종 결과를 크게 바꿀 수있는 기상 시스템과 같은 매우 복잡한 시스템을 설명하는 과학적 원리 인 혼돈 이론의 아버지로 알려져 있습니다.
이러한 혼돈이나 불규칙성으로 인해 날씨 예측이 정확한 것으로 간주되는시기에는 한계가 있습니다. Lorenz는이 제한을 2 주 안에 설정했습니다.
또한, 대기를 시뮬레이션하는 데 사용되는 수치 방정식은 곱할 수있는 작은 오류와 함께 혼돈의 대상이됩니다.
고위도 지역의 날씨는 저기압 시스템의 영향을받는 다양한 기단의 움직임에 의해 많은 영향을받습니다. 기단의 움직임은 점차적으로 움직이기 때문에 상대적으로 예측하기 쉽습니다.
한편, 세계와 같은 열대 지역에서는 태양으로부터 많은 에너지를 받아 대류 활동을 더욱 혼란스럽게 만들어 예측하기가 더 어렵습니다.
자연의 혼돈은 대기의 과정에 대해 계속 가정하는 한 모델이 실수를 할 가능성이 항상 있음을 의미합니다.
미래의 날씨를 어떻게 예측할 수 있습니까?
고해상도 데이터는 공간적으로나 시간적으로 모두 필요합니다. 다양한 위치에 수백만 개의 기상 관측소가 필요합니다.
다행스럽게도 오늘날의 기술 발전으로 기상 관측소는 더 작고 이동성이 높아질 수 있습니다. 이 기상 관측소는 아마도 모든 사람의 집에 있거나 스마트 폰의 차량에있을 것입니다.
점점 더 많은 데이터가 수집됨에 따라 더욱 발전되고 빠른 슈퍼 컴퓨터가 필요합니다.
날씨에 대한 우리 자신의 준비보다 더 유용한 것은 없습니다. 속담처럼 비가 오기 전에 우산을 챙기세요.
참고
- 일기 예보가 항상 약간 잘못된 이유
- 과학자가 날씨를 예측할 수없는 이유
