Współczesne prognozy pogody są coraz skuteczniejsze, ale ich precyzja wyraźnie maleje już po kilku dniach. Zespół badaczy opisał w czasopiśmie „Advances in Atmospheric Sciences” próbę ustalenia nie tego, jak dobra jest dzisiejsza meteorologia, lecz gdzie przebiega nieprzekraczalna granica przewidywalności pogody na Ziemi.
Nie błędy modeli, lecz energia atmosfery
Dotychczasowe badania nad granicami prognozowania koncentrowały się przede wszystkim na tym, jak niewielkie błędy w danych początkowych narastają wraz z upływem czasu. Autorzy nowej pracy wskazują jednak, że nie da się obecnie wiarygodnie opisać błędów mniejszych od tych, które występują w używanych dziś prognozach.
Jak możemy twierdzić, że jesteśmy w stanie tworzyć trafne prognozy pogody z bardzo dużym wyprzedzeniem, skoro nie potrafimy tego faktycznie wykazać? - pyta dr Wei Zhan z University of Miami oraz NOAA Cooperative Institute for Marine and Atmospheric Studies.
Naukowcy przyjęli więc zupełnie inne założenie. Rozpatrzyli hipotetyczną sytuację, w której dokładnie znane są: początkowy stan atmosfery, rządzące nią procesy i przyszłe warunki brzegowe w skali makro.
W takim idealnym świecie ograniczeniem nie byłyby niedoskonałe pomiary ani modele komputerowe. Pozostawałaby jednak niepewność kwantowa związana z fazą fotonów docierających do Ziemi wraz z promieniowaniem słonecznym.
Moment, w którym prognoza przestaje być możliwa
Badacze przeanalizowali obieg energii w atmosferze. Promieniowanie słoneczne napędza ruchy powietrza, a jego energia z czasem dociera do wszystkich części atmosfery. Wraz z nią rozprzestrzenia się również mikroskopijna, niemożliwa do pełnego określenia niepewność.
Po pewnym czasie - nazwanym przez autorów „punktem wymiany energii” - ma ona zatrzeć informację o pierwotnym stanie atmosfery. Od tego momentu, nawet przy idealnych narzędziach, stworzenie wiarygodnej prognozy byłoby niemożliwe.
Po uwzględnieniu energii atmosfery, promieniowania słonecznego oraz niepewności pomiarów badacze oszacowali granicę wewnętrznej przewidywalności pogody na 129 dni, z marginesem plus minus 7 dni.
Dzisiejsze prognozy są daleko od teoretycznego limitu
Wynik nie oznacza, że już wkrótce będzie można sprawdzić pogodę na cztery miesiące naprzód. To granica wyłącznie teoretyczna, wyznaczona dla warunków, których w praktyce nie da się spełnić.
Autorzy pracy oceniają jednak, że w idealnym modelu prognoza o jakości porównywalnej z obecną prognozą pięciodniową mogłaby obejmować nawet około 62 dni. Pokazuje to skalę potencjalnego rozwoju meteorologii.
Naukowcy zapowiadają dalszą weryfikację swoich obliczeń innymi metodami. Jeśli wnioski się potwierdzą, badanie może wskazać nie tylko ostateczny limit prognozowania, ale też realny kierunek rozwoju modeli pogodowych.
