Skaitmeninis orų prognozavimas

Skaitmeniniai orų prognozavimo modeliai veikia padalijant Žemės atmosferą į trimatį tinklelį. Į šiuos tinklelius įtraukiami esami orų stebėjimai, pavyzdžiui, temperatūra, drėgmė, vėjo greitis ir slėgis. 

Duomenų asimiliacijos proceso metu šie stebėjimai derinami su ankstesnėmis modelio prognozėmis ir taip nustatomos pradinės sąlygos. Tada modeliai taiko fizika ir skysčių dinamika pagrįstas lygtis, kad apskaičiuotų, kaip laikui bėgant keisis atmosferos sąlygos kiekviename tinklelio taške.

Šie sudėtingi skaičiavimai atliekami galingais superkompiuteriais. NWP modeliai yra įvairaus masto: nuo pasaulinių modelių - Pasaulinės prognozių sistemos arba Europos vidutinės trukmės orų prognozių centro - kurie apima visą planetą, iki regioninių modelių - Orų tyrimų ir prognozavimo modelio - kurie skirti konkrečioms teritorijoms. 

Šie modeliai yra svarbios meteorologų ir mokslininkų priemonės, padedančios tiksliau prognozuoti orus, pavyzdžiui, aviacijos, pasirengimo nelaimėms ir klimato tyrimų srityse.

Nuo tradicinio prognozavimo iki NWP

Nors NWP pakeitė šiuolaikinį prognozavimą, ji visiškai nepakeitė senesnių metodų. Tradicinis prognozavimas rėmėsi empiriniais metodais - debesų formavimosi, slėgio sistemų ar istorinių orų diagramų dėsningumų atpažinimu. 

Šie metodai vis dar vertingi trumpalaikėms, vietinėms prognozėms. Tačiau NWP tapo didelio masto ir ilgalaikių prognozių pagrindu, nes ji naudoja fiziką ir skysčių dinamiką, kad prognozės būtų objektyvesnės ir moksliškai pagrįstos.

NWP iššūkiai ir apribojimai

Nepaisant privalumų, NWP susiduria su keliais svarbiais iššūkiais, kurie riboja jos tikslumą. Pirmoji - modeliuose naudojami pradiniai duomenys niekada nebūna tobuli, nes joks stebėjimo tinklas negali užfiksuoti visų atmosferos detalių. 

Kadangi atmosfera yra chaotiška sistema, laikui bėgant net ir mažiausios pradinių sąlygų klaidos gali didėti, o tai mažina tolimų prognozių patikimumą. Modeliuose taip pat reikia supaprastinti daugelį mažo mastelio procesų, pavyzdžiui, debesų formavimąsi, perkūnijas ir reljefo poveikį, nes juos sunku tiksliai atvaizduoti. 

Galiausiai, net ir turint šiuolaikinių superkompiuterių galią, modelio tinklelis yra praktiškai ribotas, o tai turi įtakos gebėjimui prognozuoti labai lokalizuotus orų reiškinius.

Kaip interpretuojamos ir naudojamos prognozės

Prognozės rengimas apima kur kas daugiau nei tik modelio paleidimą. Meteorologai dažnai naudoja ansamblio prognozavimą, kai modelis paleidžiamas kelis kartus su šiek tiek skirtingomis pradinėmis sąlygomis. 

Taip gaunami įvairūs galimi rezultatai ir padedama kiekybiškai įvertinti prognozės neapibrėžtumą. Vėliau, siekiant patobulinti neapdorotus modelio rezultatus, taikomi vėlesnio apdorojimo metodai, kuriais ištaisomi sisteminiai nuokrypiai ir atsižvelgiama į vietos patirtį. 

Apie rezultatus pranešama taip, kad visuomenei būtų aiškus neapibrėžtumas, pavyzdžiui, vietoj vieno absoliutaus rezultato pateikiama 30 % lietaus tikimybė.

NWP modelių tipai

NWP modelius galima skirstyti pagal jų mastą ir laiko skalę. Pasauliniai modeliai, tokie kaip GFS ir ECMWF, teikia plataus masto, mažesnės skiriamosios gebos prognozes visai planetai. Regioniniai modeliai, tokie kaip WRF ar AROME, yra skirti mažesnėms teritorijoms, o jų skiriamoji geba yra didesnė, todėl jie geriau tinka vietiniams reiškiniams, tokiems kaip perkūnija ar snygis, prognozuoti. 

Kai kurie modeliai taip pat yra specializuoti pagal laiko intervalą. Naujų prognozių modeliai pateikia labai trumpalaikes iki šešių valandų trukmės prognozes, vidutinio nuotolio modeliai paprastai apima tris-septynias dienas, o ilgo nuotolio arba sezoniniai modeliai pateikia savaites ar mėnesius į ateitį siekiančias prognozes.

Prognozės supratimas

Skaitmeninis orų prognozavimas iš esmės pakeitė mūsų supratimą apie atmosferos pokyčius ir jų numatymą. Derindama fiziką, matematiką ir skaičiavimo galią, NWP suteikia kur kas tikslesnį šiuolaikinių prognozių pagrindą nei vien tradiciniai metodai. Kartu tokie iššūkiai, kaip neišsamūs duomenys, modelių supaprastinimai ir chaotiška atmosferos prigimtis, primena, kad orų prognozavimas visada bus susijęs su neapibrėžtumu.

Nepaisant šių trūkumų, NWP ir toliau tobulėja tobulėjant technologijoms, todėl galima gauti vis tikslesnes ir patikimesnes prognozes, kurios yra labai svarbios priimant kasdienius sprendimus ir vykdant ilgalaikį planavimą.