A ciência da previsão do tempo entre algoritmos e sistemas caóticos

“O tempo nunca nos deixa bem!” É provavelmente uma das afirmações mais óbvias, especialmente na primavera. É verdade que as previsões meteorológicas às vezes não são confiáveis, especialmente se faltarem alguns dias. Mas este facto decorre de razões muito específicas e conhecidas Meteorologistas. Calcular como a temperatura, o vento e a precipitação irão realmente evoluir tem que lidar com erros Aproximação De dados, de erros matemáticos, de observações probabilísticas, mas – sobretudo – com Problema do caos. A atmosfera é na verdade um ambiente fisicamente caótico, e o bater de asas é suficiente para mudar o destino do vento. Especialmente na Itália. Na verdade, a nossa península é muito complexa morfologicamente, tornando particularmente difícil prever o movimento da atmosfera acima de nós.

Como é a previsão do tempo?

Olhar o tempo é uma das nossas ações diárias, seja escolhendo como nos vestir de manhã ou decidindo se vamos à praia no fim de semana. É uma prática comum que pode fazer com que o tempo pareça uma questão trivial, mas não é de todo!

o Ícones que vemos em aplicativos que nos dizem se haverá sol ou nuvem, chuva E a Temperatura, Eles são um resultado complexo Fórmulas matemáticas O que nos diz como eles variam ao longo do tempo e influenciam uns aos outros ventos, lá pressão, lá Temperatura E Umidade, Como é que estes valores modificam o que nos importa então, que é a cobertura de nuvens e portanto o sol também, e o tipo de precipitação que aí estará, seja chuva, granizo, neve ou nevoeiro.

Essas equações são derivadas de Leis físicas Isso está relacionado com fluidos – na verdade o clima É um envelope gasoso, ou seja, um Um enorme líquido flui ao nosso redor – Juntos, eles formam o chamado modelo matemático que nos informa a previsão do tempo assim que for resolvido.

Modelo matemático sozinhomas, insuficiente. Para resolvê-lo e assim saber como estará o tempo nos próximos dias, é necessário saber a condição climática atual, ou seja Dados. Mas não só isso, um Algoritmo Para resolver isso!

Para prever o tempo de amanhã, você precisa do clima atual em todo o mundo

Para prever o tempo esta noite, amanhã ou na próxima semana, devemos saber o que está acontecendo agora, ou seja, o vento, a umidade e a chuva que estão presentes agora, o que é chamado Condições iniciais. Mas é preciso ter em conta que o clima num determinado local é afetado pelo que acontece nas regiões vizinhas, que por sua vez é afetado por outras regiões. Em suma, é necessário Clima atual em todo o mundo. Então A é criado estrutura Tridimensional Da superfície da Terra e o clima é medido “apenas” nos pontos da grade que passam por ela Estações meteorológicas, balões meteorológicos E Satélites.

Significa ser Dados parciais Num globo, a rede não seria capaz de cobrir todos os pontos da Terra. Então é sobre Aproximação, O que significa que os cálculos de previsão realmente começam com um erro de dados, E ele não será o único!

Algoritmos são aproximações de leis físicas

não Todos Equações físicas Eles podem Solução exata Eles são aproximados por algoritmos que tentam, de forma mais ou menos brutal, aproximar-se da solução. Além disso, estas contas são pesadas e levam muito tempo, em vez disso Previsão Feito em Atualmente, Assim, para torná-lo imediatamente utilizável, ou seja, Contas foram interrompidas Quando é considerado verdadeiro o suficiente. Este é outro Aproximação, Que se soma ao que está relacionado aos dados primários.

Das previsões globais às locais

Conforme mencionado, as previsões meteorológicas para qualquer local começam com dados de entrada globais Padrões climáticos globais. Os dois modelos principais são o sistema integrado de previsão e o sistema integrado de previsão. SE – Quem usa Centro Meteorológico Europeu ECMWF – e o Sistema de Previsão Global – GFS – que é usado pelo Centro Meteorológico dos Estados Unidos Não, O que varia muito de acordo com a rede e o algoritmo usado para resolver as equações. Esses sistemas fornecem previsões de 10/15 dias A cada 6 horas E eles têm um Precisão de 25 e 28 km.

Os dados do modelo global são então usados ​​como ponto de partida para padrões climáticos locais, Provérbios EU, São muitos, e cada centro meteorológico utiliza um diferente.
Os LAMs têm Resolução de alguns quilômetros, mas esta resolução espacial é paga pela resolução temporal: as previsões locais têm um horizonte temporal mais curto do que as previsões globais, até porque durante a transição da grande rede de modelos globais para a rede mais densa de modelos locais, outro erro é introduzido. Ao calcular os GCMs – na verdade – produzimos um erro e à medida que os LAMs são calculados a partir desses resultados, esse erro aumenta no cálculo local. Por esse motivo, as previsões são precisas apenas para dois dias, ou no máximo três dias.

Quanto a Previsão de longo prazo,Passamos a considerar o problema principal: problema caos.

A atmosfera é um ambiente físico caótico

As dificuldades computacionais se somam a um verdadeiro problema de física: uma simples mudança de forma pode trazer consigo o caos meteorológico. Consideremos, por exemplo, que um deslizamento de terra nas montanhas pode modificar os ventos, que por sua vez modificam a humidade e, portanto, a precipitação, a temperatura, etc.

A atmosfera é na verdade uma Um sistema fisicamente caóticoOu seja, um erro inicial muito pequeno – o bater das asas de uma borboleta – pode aumentar dramaticamente com o tempo. Como dissemos, Erros iniciais E com base em Cálculo Eles são estruturais neste tipo de problema.

A Itália é um dos países mais complexos em termos de meteorologia

O exemplo que acabamos de dar nos ajuda a entender por que As previsões da Itália estão entre as mais difíceis do mundo. É por causa dele Morfologia complexa: É um país estreito e extenso, cortado em toda a sua extensão por montanhas, rodeado em três lados por três mares diferentes e ao norte pelos Alpes. gripe Continente europeu E do noroeste dele, AAsiático Do sudeste, AAnormal Do sul. Existem muitos fatores que dificultam as previsões porque as afetam continuamente e em múltiplas direções. Brevemente, o clima Acima de nós e ao nosso redor está Particularmente bagunçado.

Os eventos mais curtos e violentos são os mais instáveis

E isso também precisa ser dito Quanto mais violento e curto for o evento meteorológico -Como uma tempestade- Quanto menos previsível for. o Meu tempo intenso, vento forte, lá elogios, o tornado, É muito difícil prevê-los com precisão, pois um pequeno erro inicial tem maior impacto neste tipo de evento. sim, ela pode Inferimos sua chegadaMas determinar a hora e o local exatos é complicado, basta… Ligeira mudança climática Para mudar as cartas da mesa.

Por outro lado, eventos que são mais estáveis ​​e, portanto, mais longos e moderados, são mais fáceis de prever com precisão.

O clima daqui a alguns dias nos dá indicadores importantes

Quando verificamos o tempo – vemos uma previsão, aquela que o boletim nos fornece, mas na verdade isso é resultado de Um grande número de previsões Feito ao mesmo tempo a partir de Condições iniciais ligeiramente diferentesIsso ocorre justamente porque os meteorologistas sabem que as previsões podem variar muito devido aos erros que mencionamos.

Nos primeiros dias, as diferentes previsões são semelhantes, mas à medida que avança começam a dar resultados completamente diferentes. E para isso A previsão é confiável para os primeiros 2/3 diasmas depois Alguns dias muitas vezes já diminui Menos de 50% de confiabilidade.

Para dar uma previsão para isso, Os dados mais comuns são selecionadosOu seja, quem estava em várias previsões Contado várias vezes. É por isso que as previsões às vezes nos dizem que há “80% de chance” de chuva, porque a maioria das simulações previu chuva naquele momento.
credibilidade Também depende Temporadas: em inverno A precipitação é mais comum e, portanto, mais previsível Mais confiabilidadeAo lado No verão Calor abrasador. Nas estações intermediárias, ou seja, primavera e outono, é assim mais complicado Expectativas porque os valores podem variar bastante.