چرا پیش‌بینی‌های آب‌ و هوا گاهی تا حدی اشتباه هستند؟

دقت پیش‌بینی وضعیت آب و هوا هرروزه مورد انتقاد افراد زیادی قرار می‌گیرد. زمانی که پیش بینی وضع هوا درست باشد، معمولا اظهارنظر نمی‌کنیم اما وقتی که این پیش‌بینی حتی اندکی هم اشتباه باشد، گله و شکایت را آغاز می‌کنیم. آیا روزی روزگاری دقت این پیش‌بینی‌ها به صد در صد خواهد رسید؟

برای آماده کردن پیش‌بینی وضعیت آب و هوا گام‌های زیادی باید برداشته بشود. در ابتدا، تصویری کلی وضعیت اتمسفر کره زمین ثبت می‌شود و سپس این تصویر کلی، به یک نقشه سه‌بعدی بدل می‌شود که از سطح زمین تا استراتوسفر (و گاهی اوقات بالاتر) را در سطح جهانی در بر می‌گیرد.

با بهره‌گیری از ابرکامپیوترها و مدل‌های بسیار پیچیده، آینده‌ی وضعیت اتمسفر نشان داده می‌شود و درنهایت هزاران ترابایت داده خام به وجود می‌آید. در این مرحله، متخصصین هواشناسی باید این داده‌های خام را تحلیل کنند تا بتوانند به‌عنوان پیش‌بینی‌های قابل فهم، آن‌ها را برای عموم توضیح بدهند.

عدم قطعیت وضعیت آب و هوا

پیش بینی وضعیت هوا یک چالش بسیار بزرگ محسوب می‌شود. در ابتدای امر، ما می‌خواهیم چیزی را پیش‌بینی کنیم که به‌صورت ذاتی پیش‌بینی‌ناپذیر است. اتمسفر یک سیستم بی‌نظم است و کوچک‌ترین تغییری در بخشی از آن، پیامدهای چشمگیری در دیگر مناطق دارد؛ موضوعی که یکی از دانشمندان از آن به‌عنوان «اثر پروانه‌ای» یاد می‌کند.

هر اشتباهی در پیش‌بینی وضعیت آب و هوا، اشتباهات بیشتری را پدید می‌آورد. به همین خاطر برای پیش‌بینی بی‌نقص وضع هوا، تمام اشتباهات باید حذف شوند. دانش و مهارت‌های مربوط به این موضوع، به‌خصوص با ظهور ابرکامپیوترها، همواره رو به بهبود بوده است. سابقه پیش بینی وضع هوا در بریتانیا، به سال ۱۸۶۱ برمی‌گردد، وقتی که یکی از افسران نیروی دریایی انگلستان، پیش‌بینی‌های مربوط به وضعیت آب و هوا را در روزنامه تایمز منتشر می‌کرد.

روش او به این نحو بود که با مشاهده مکان‌های محدودی، جدول‌هایی را می‌کشید و با مقایسه این جدول‌ها با جدول‌های مشابه قدیمی، دست به پیش‌بینی می‌زد. البته در بیشتر اوقات، پیش‌بینی‌های او غلط از آب درمی‌آمدند و به همین خاطر مورد انتقاد زیادی قرار می‌گرفت. در دهه ۵۰ میلادی با معرفی ابرکامپیوترها، دقت پیش بینی وضع هوا تا حد زیادی بهبود یافت. البته باید خاطرنشان کنیم که در این دوران، مدل‌های کامپیوتری بسیار ساده بودند و تنها می‌توانستند تغییر یک متغیر در یک محدوده ۷۵۰ کیلومتری را پیش‌بینی کنند. مدل‌های امروزی هرچند بسیار پیچیده‌تر هستند، اما اصول اولیه آن‌ها مطابق همان مدل‌های اولیه‌ای است که در دهه‌های گذشته مورد استفاده قرار می‌گرفتند.

برای اینکه پیچیدگی این موضوع را بهتر درک کنید، باید بگوییم که بسیاری از مراکز هواشناسی به‌صورت همزمان سناریوهای مختلفی را مطرح می‌کنند و با توجه به تغییرات لحظه‌ای، می‌بینند که وقوع کدام سناریو محتمل‌تر است؛ به همین خاطر در سایت‌های هواشناسی معمولا می‌توانید درصد احتمال بارش باران را مشاهده کنید.

آینده هواشناسی

همانطور که گفتیم، در زمینه‌ی پیش‌بینی وضعیت آب و هوا، ابرکامپیوترهای نقش بسیار مهمی را ایفا می‌کنند. ابرکامپیوترهای امروزی در هر ثانیه می‌توانند هزاران تریلیون محاسبه را انجام دهند و حجم انبوهی از این داده‌ها را ذخیره کنند. به‌عنوان مثال می‌توانیم به ابرکامپیوتر Cray در مرکز هواشناسی بریتانیا اشاره کنیم که قدرت آن معادل ۱ میلیون گوشی گلکسی اس ۹ است. این یعنی هم‌اکنون از توان پردازشی کافی برای بررسی متغیرهای گوناگون بهره می‌بریم و این موضوع منجر به پیش‌بینی‌های دقیق‌تر شده است.

طبق پژوهشی که در سال ۲۰۱۵ منتشر شده است، دقت پیش‌بینی ۵ روزه فعلی، معادل دقت پیش‌بینی سه‌روزه در حدود ۲۰ سال پیش است. سوالی که در اینجا مطرح می‌شود این است که آیا این دقت در آینده هم همواره رو به بهبود خواهد بود؟ پاسخ این سوال تا حدی بستگی به پیشرفت‌های مربوط به فناوری ابرکامپیوترها دارد. هرچه کامپیوترها قدرتمندتر شوند، ما می‌توانیم از مدل‌های پیچیده‌تر و بزرگ‌تری استفاده کنیم.

طبق قانون مور، قدرت پردازشی کامپیوترهای ما از دهه ۷۰ میلادی هر دو سال یک بار تقریبا دو برابر شده است. با این حال، سرعت این پیشرفت رو به کاهش است و به همین خاطر برای بهبود پیش‌بینی‌های وضعیت آب و هوا، باید از رویکردهای دیگری مانند الگوریتم‌های هوشمندانه‌تر که نیازی به قدرت پردازشی خیلی زیادی نداشته باشند، بهره ببریم.

آیا دقت پیش بینی وضع هوا نهایتا به صددرصد خواهد رسید؟

به‌صورت مختصر و مفید، جواب این سوال خیر است. در محیط اتمسفر، حدود ۱۰^۴۴×۲ مولکول وجود دارد که به‌صورت تصادفی در حال حرکت هستند. شبیه‌سازی تمام این مولکول‌ها، کاری غیرممکن محسوب می‌شود. ماهیت آشفته اتمسفر به این معناست که ما همواره باید مفروضاتی را در نظر بگیریم که شاید در نهایت اشتباه از آب دربیایند.

پیشرفت در زمینه‌ی مدل‌سازی می‌تواند دقت این اقدامات را افزایش دهد اما در نهایت همیشه باید احتمال بروز خطا در نظر گرفته شود. با این حال، با توجه به پیشرفت فناوری و بهبود فزاینده‌ها مدل‌ها، آینده‌ی پیش‌بینی وضعیت آب و هوا روشن به نظر می‌رسد اما به این زودی‌ها نباید انتظار پیش‌بینی‌های بی‌نقصی را داشته باشیم.