שתפו‬        

מהפכה מטאורולוגית

האם הסערה בסופ"ש תביא לנו שלג? זה בדיוק מה ששני מחשבי-על בהאנגר ענק באנגליה מנסים לבדוק. בשנים האחרונות מתרחשת מהפכה אמיתית בחיזוי מזג האוויר, והיא חומקת בשקט מתחת לרדאר
23 בדצמבר 2015



 

בדצמבר 2013 התחוללה סופה קשה במזרח התיכון. טמפרטורות נמוכות בצורה קיצונית, הרבה מאוד גשם וגם שלג שירד במקומות לא רגילים. צילום: NASA Goddard Space Flight Center
בדצמבר 2013 התחוללה סופה קשה במזרח התיכון. טמפרטורות נמוכות בצורה קיצונית, הרבה מאוד גשם וגם שלג שירד במקומות לא רגילים. צילום: NASA Goddard Space Flight Center

עבור כולנו, תחזית מזג אוויר מהימנה מקלה את החיים ועוזרת להחליט אם להצטייד בסנדלים, במגפיים, במעיל או במטרייה. התחזית הזו גם יכולה להציל חיים כאשר היא חוזה במדויק סופות בים או מזג אוויר שלא מאפשר טיסה. עם זאת, יש משהו מעורר סיפוק גם כאשר החזאי טועה – הקושי לחזות את מזג האוויר ממחיש לנו שלמרות ההתקדמות האדירה של המין האנושי, עלינו להכיר בכך שאנו עדיין לא יודעים הכול ולא שולטים בכול, ושבתור מדענים, תמיד יש לנו עוד מה ללמוד.

עם זאת, מתחת למכ"ם הגשם מתרחשת בעשורים האחרונים מהפכה שקטה בתחום המטאורולוגיה וחיזוי מזג האוויר. מהפכה זו משפרת פלאים את יכולות החיזוי של המטאורולוגים, והורסת לי את השיעור בענווה. סקירה שהתפרסמה באחרונה בכתב העת Nature מגלה כי המהפכה השקטה הזו משתווה בשיעורה לפריצות דרך גדולות בחקר היווצרות היקום או בחקר המוח – לא פחות ולא יותר.

פיזיקה פשוטה, חיזוי מורכב

בשפה מקצועית, מזג האוויר הוא תנועת האוויר סביב כדור הארץ, אשר מוכתבת מחוקי הפיזיקה של  דינמיקה של נוזלים (Fluid Dynamics). חיזוי מזג אוויר מתבסס על חוקי הפיזיקה הפשוטים: אוויר חם עולה, אוויר קר יורד; רמת לחות מסוימת בטמפרטורה מסוימת גורמת להיווצרות עננים; כאשר טיפה גדלה מעל לגודל מסוים היא נופלת מהשמים; מתחת לטמפרטורה מסוימת יורד שלג ולא גשם;  וכדומה. אז אם מדובר בחוקי פיזיקה פשוטים, מדוע חיזוי מזג האוויר קשה כל כך?

הטכנולוגיות החדשות מאפשרות לחזות אירועי מזג אוויר בדיוק רב, הרבה יותר מאשר לפני כמה שנים. צילום: NASA Goddard Space Flight Center
הטכנולוגיות החדשות מאפשרות לחזות אירועי מזג אוויר בדיוק רב, הרבה יותר מאשר לפני כמה שנים. צילום: NASA Goddard Space Flight Center

בדרך כלל אנו יכולים לחזות את העולם הפיזי על פי העיקרון של סיבה ותוצאה: מתרחש אירוע א', והוא גורר את אירוע ב'. במזג אוויר המצב שונה. מערכת מזג האוויר היא מערכת כאוטית, בה יש מספר עצום של משתנים – מולקולות באוויר, עצמים שמניעים ובולמים את האוויר, משרעת טמפרטורות בים, ביבשה ובאטמוספרה, קרינת השמש ועוד. הקלישאה בתיאוריית הכאוס הזו היא שמשק כנפי פרפר בסין יכול לחולל סערה באירופה.

להשתמש באי הוודאות

ב-50 השנים האחרונות, התקדמות בתחומי המתמטיקה, הפיזיקה והמחשבים אפשרו למטאורולוגים לשפר את ההבנה במה שבעצם מתרחש באטמוספרה, ולמה הדברים מתרחשים כמו שהם. ב-80 השנים מאז המחשב הראשון, כוח החישוב של המחשבים התחזק פי 1017, או במילים אחרות: פי 100 קוואדריליון, פי 10,000 טריליון, או פי 10 מיליון מיליארד.

במרכז האירופי לחיזוי מזג אוויר לטווח בינוני ברדינג, אנגליה (ECMWF) נמצאים מחשבי-על גדולים בתוך האנגרים, אשר עורכים חישובים מורכבים וארוכים של אין-ספור המשתנים המשפיעים על מזג האוויר. למען האמת, במרכז זה – ולא בנאס"א או בפרויקט הגרעין של צפון קוריאה – שוכנים שני המחשבים החזקים ביותר בעולם.

הסערות לא יהיו קשות פחות, אלא נדע להתכונן אליהן מראש. צילום: Reut C, Flickr
הסערות לא יהיו קשות פחות, אלא נדע להתכונן אליהן מראש. צילום: Reut C, Flickr

המחשבים עושים סימולציות של אירועים המשפיעים על מזג האוויר על מנת לנבא מה הוא יהיה בעתיד בקרוב (ימים-חודשים), וכן משפרים את המודלים עצמם על פי מה אירועי מזג האוויר בעבר. המחשבים משתמשים בנתונים של החזר קרינה מפני כדור הארץ, התעבות עננים, תנועת אוויר, כל שאר המשתנים שהוזכרו קודם לכן, ועוד.

השלב הבא בשיפור המודלים הוא אימוץ אי-הוודאות. במקום לנסות ולקבוע, לדוגמה, שבעוד חמישה ימים מזג האוויר בצפת יהיה שמשי עם 15 מעלות, המודלים מנסים לקבוע עד כמה גבוהה אי-הוודאות בתחזית זו. למשל, קיימת ודאות של 50 אחוז שזה יהיה מזג האוויר, אבל קיים סיכוי של 25 אחוז שמזג האוויר יהיה מעונן. כאשר המודלים לוקחים זאת בחשבון, ניתן להגיע לחיזוי מדויק יותר לטווח בינוני, מכיוון שלא מתעלמים מתסריטים בסבירות נמוכה אשר יכולים להפוך למציאות. בעבר, התייחסות המודלים לתחזית בעלת הסבירות הגבוהה ביותר (והתעלמות מתחזית עם הסתברות נמוכה) פגעה ביכולת לחזות לטווח בינוני.

בחינה מתמדת של המודלים

למרות ההתקדמות הניכרת, מתברר שיש עדיין פערים בידע בפיזיקה הבסיסית של מזג האוויר, למשל – איך נוצר ענן קרח, מכיוון שזהו תהליך מסובך להפליא. פערים אלו מקשים על איכות ודיוק החיזוי, וכן עד כמה ניתן לחזות אל תוך העתיד. היתרון במדע המטאורולוגיה על פני מדעים אחרים, הוא ששם בוחנים את אמיתות המודלים והתיאוריות המדעיות כל יום, וכל יום משפרים את המודלים ואת הידע. ברוב תחומי המדע קצב ההתקדמות איטי יותר – לא ניתן לבצע תחזיות כל יום ולבחון אותן.

המהפכה המטאורולוגית היא מהפכה "שקטה", מכיוון שאין מדובר בקפיצות בודדות משמעותיות שקידמו את התחום (כמו גילוי חלקיקי יסוד בפיזיקת החלקיקים), אלא בשיפורים קטנים ורבים המצטרפים אחד לשני ב-50 השנים האחרונות.

כיום, אין צורך להסתפק בהערכות מעורפלות על כך ש"מחר צפוי גשם מקומי במישור החוף", אלא ניתן לחזות בסבירות גבוהה כמה מ"מ גשם צפויים לרדת ביד חנה למשל, בכל אחת משעות היממה. תחזית זו שונה מהתחזית לנתניה, אשר שוכנת 15 ק"מ מערבה – מדע בדיוני עד לפני שנים לא רבות.

[youtube height="HEIGHT" width="WIDTH"]https://www.youtube.com/watch?v=ILNC7IdyWVU[/youtube]

בעקבות הכתבה ב"זווית", הסיפור פורסם במאקו




שתפו‬        


הירשמו לניוזלטר שלנו

עקבו אחרי זווית