Prognozy z internetu

Prognozy z internetu

W coraz dynamiczniej rozwijającej się epoce cyfrowej wszyscy coraz bardziej polegamy na smartfonach i różnych programach, które przekazują nam potrzebne informacje za pośrednictwem internetu. Obecnie o wiele łatwiej uzyskać dostęp do prognozy pogody niż w latach 90., kiedy musieliśmy czekać, aż podadzą ją w telewizji, radiu lub gazecie. Teraz przez 24 godziny na dobę możemy oglądać wiadomości, które cały dzień informują o aktualnym stanie pogody, a z aplikacji w smartfonach dowiadujemy się, jakie warunki atmosferyczne panują w dowolnym miejscu na świecie.

Dlaczego zatem tak często narzekamy, że w aplikacjach pogodowych lub na stronach internetowych pogoda pozornie zmienia się z godziny na godzinę czy z dnia na dzień? By wyczerpująco odpowiedzieć na to pytanie, musimy zrozumieć, jak się tworzy prognozę pogody. Zanim będziemy mogli przewidzieć pogodę w przyszłości, musimy najpierw dobrze poznać warunki pogodowe panujące na świecie w danym momencie. Możemy tego dokonać, mierząc temperaturę przy gruncie, wiatr, ciśnienie, wilgotność i pokrywę chmur. Meteorolodzy wypuszczają w powietrze balony, które zbierają dane od powierzchni Ziemi aż po górne partie atmosfery. Samoloty, boje oceaniczne, statki i sondy kosmiczne również przekazują ogromne ilości danych meteorologicznych. Każdego dnia na całym świecie zbiera się miliony bitów informacji i przesyła je do ośrodków prognozowania pogody na całym świecie, takich jak Met Office w Wielkiej Brytanii, Europejskie Centrum Prognoz Średnioterminowych (European Centre for Medium Range Weather Forecast), japońska agencja meteorologiczna Kishō-chō czy Narodowa Służba Pogodowa (National Weather Service) w Stanach Zjednoczonych – to tylko kilka z nich. Aby wszystkie dane wynikające z obserwacji można było zamienić w prognozę pogody, naukowcy opracowali równania matematyczne i kody komputerowe, których używają, by określić, jak zachowa się powietrze i jak będzie kształtować pogodę na świecie. Nazywamy to numerycznym prognozowaniem pogody. Wykorzystuje się w nim złożone metody rozwiązywania równań różniczkowych i komputery o ogromnej mocy obliczeniowej. Każde duże centrum meteorologiczne ma swoje superkomputery zdolne przetworzyć miliony danych obserwacyjnych w prognozę pogody, dokonując bilionów obliczeń na sekundę. Rezultatem jest prognozowanie pogody na najbliższe godziny lub dni.

Meteorolodzy wykorzystują również inne narzędzia służące prognozowaniu pogody, np. modele deterministyczne oraz takie, dzięki którym zyskujemy 50 różnych przewidywań pogodowych. Do zestawu takich modeli wprowadza się małe odchylenia początkowe i obserwuje, jaki mają one wpływ na symulację pogody w nadchodzących dniach. To bardzo przydatne narzędzie, które daje nam pojęcie co do prawdopodobieństwa prognozy. Jeśli 50 przewidywań przyszłych zjawisk pogodowych jest do siebie podobnych, możemy być pewni, że prognoza się sprawdzi. Im więcej różnic, tym bardziej możemy być pewni, że będzie niedokładna.

Prognozowanie pogody jest bardzo skomplikowane i choć korzysta z nauk ścisłych, to do nich nie należy, lecz dzięki coraz lepszej technice i wiedzy w ciągu trzech ostatnich dekad czterodniowa prognoza pogody w Wielkiej Brytanii jest równie dokładna jak jednodniowa w latach 80. ubiegłego wieku. Obecnie mamy do dyspozycji mnóstwo aplikacji pogodowych czerpiących dane z różnych źródeł – każda ma własny algorytm interpretujący dane. Niektóre aplikacje pokazują dane co godzina na pięć dni do przodu, inne prognozują pogodę codziennie nawet na 20 dni. Jeszcze inne podają tylko niektóre składniki pogody albo prezentują cały zakres danych meteorologicznych. Dzięki niektórym aplikacjom można poznać prawdopodobieństwo wystąpienia opadów, a inne tego nie pokażą. Jedne zwiastują pogodę na podstawie danych zebranych przez ludzi, a inne używają danych komputerowych.

Różne aplikacje pogodowe pokazują nieco odmienne prognozy nawet na najbliższe 12 godzin i czasem można odnieść wrażenie, że te przewidywania zmieniają się co godzina. Dzieje się tak dlatego, że stosowane w nich algorytmy korzystają ze zmieniających się również co godzina danych obserwacyjnych, usiłując „uśrednić pogodę”, którą widzimy za oknem, i uwzględnić to, że jest bardziej słoneczna, wilgotna albo sucha, niż sugeruje to model komputerowy. Wpływa to na przewidywania prognozy na kolejne sześć do dwunastu godzin, przy czym w aplikacji zmieniają się symbole pogodowe w związku z uaktualniającym się algorytmem. W Wielkiej Brytanii modele pogodowe zmieniają się co sześć godzin, więc łatwo zauważyć większe zmiany, zwłaszcza jeśli prognoza dotyczy okresu od dwóch do pięciu dni, kiedy to niewielkie różnice początkowego modelu pogody zmieniają się z upływem czasu w dużo większe.

 

Czy możemy kontrolować opady deszczu i czym jest zasiewanie chmur?

 

Przez wieki ludzie próbowali w różny sposób kontrolować pogodę. Usiłowali powstrzymywać huragany, rozpraszać mgłę na lotniskach, zwiększać ilość śniegu w ośrodkach narciarskich czy też wywoływać deszcz, który mógłby zapobiec suszy na obszarach rolniczych. Manipulowanie pogodą nie jest łatwe i do tej pory nie okazało się skuteczną metodą zapobiegania stratom gospodarczym. Jednakże wywoływanie deszczu jest postrzegane jako modyfikacja pogody warta wszelkich nakładów. (…)

Techniki zasiewania chmur w ostatniej dekadzie bardzo się rozwinęły i stały bardzo dochodowe. Trudno dokładnie przewidzieć, ile dodatkowego deszczu spadnie w wyniku zasiewu chmury, ale szacuje się, że ok. 15-35% więcej. Ostatnio coraz skuteczniejsze staje się wywoływanie deszczu na określonym terenie, ale zdarza się również, że zasiewa się chmury, by zapobiec opadom. Zdarzyło się tak w 2008 r. podczas ceremonii otwarcia Igrzysk Olimpijskich w Pekinie, ponieważ organizatorzy chcieli, żeby panowała wówczas piękna pogoda. Przed igrzyskami meteorolodzy z Biura Modyfikacji Pogody z Chińskiej Administracji Meteorologicznej zostali poproszeni o wywołanie deszczu nad stadionem zwanym Ptasim Gniazdem. Aby zmienić pogodę, naukowcy wystrzelili 21 pocisków rakietowych zawierających jodek srebra, który wywołał opady w mieście Baoding na południowym zachodzie od Pekinu, zanim chmury zdołały dotrzeć do stolicy. W wieczór otwarcia igrzysk było słonecznie i sucho.

Najpopularniejszą metodą zasiewania jest uwalnianie odpowiedniej substancji z samolotu bezpośrednio do chmury. Gdy naukowcy zidentyfikują właściwy typ chmury (cumulusa), w dniu, w którym chcą wywołać opady, samoloty wlatują w nią i odpalają flary rozpylające substancję, która inicjuje opady deszczu.

 

Jak często stosuje się zasiewanie chmur w skali globalnej?

 

Wspomnieliśmy już o Chinach, które prowadzą największe na świecie programy modyfikacji pogody. Tak jak w wypadku Igrzysk Olimpijskich w 2008 r. chińscy meteorolodzy ingerują w pogodę, by zapobiec burzom gradowym niszczącym plony, i wywołują deszcz, by przeciwdziałać skutkom burz piaskowych. Do tej pory ich największym takim przedsięwzięciem jest łagodzenie corocznych susz na Wyżynie Tybetańskiej. Wymaga to dziesiątek tysięcy komór, w których spala się paliwo stałe potrzebne do produkcji jodku srebra. Potem jodek srebra rozpylany jest na dużych wysokościach w nadziei, że dojdzie do zasiewu chmury i opadów deszczu. Celem chińskich naukowców jest wywoływanie opadów na obszarze trzy razy większym od Hiszpanii i zasilanie go 10 mld m sześc. wody rocznie.

Ponad 50 krajów na świecie jest w jakiś sposób zaangażowanych w zasiewanie chmur – największymi potęgami są Chiny, Stany Zjednoczone i Zjednoczone Emiraty Arabskie. Niedobór wody jest wielkim problemem w krajach Zatoki Perskiej, gdzie brakuje wody potrzebnej do zaspokajania potrzeb powiększającej się populacji i łagodzenia konsekwencji zmian klimatycznych. Zjednoczone Emiraty Arabskie zasiewają chmury, gdy panują odpowiednie warunki do wywołania większych opadów deszczu. Z szacunkowych danych Narodowego Centrum Meteorologii Zjednoczonych Emiratów Arabskich wynika, że każda operacja zasiewania chmury kosztuje 5 tys. dol., a dodatkowe 30% wody powstającej w wyniku tego zasiewu jest warte 300 tys. dol. (…)

 

Czy możemy zmienić trasę huraganu?

 

Chociaż ciągle słyszymy, że ludzie próbują modyfikować pogodę, by zdobyć przewagę militarną, to jednak większość doświadczeń związanych z takimi modyfikacjami służy poprawie warunków pogodowych w skali lokalnej. Idea ochrony życia i własności przed działaniem najbardziej niszczycielskich żywiołów nie wydaje się zatem specjalnie szalona, lecz od razu pojawia się pytanie, czy faktycznie jest to możliwe. (…)

Powstrzymanie huraganu czy zmiana jego kierunku to nie lada wyczyn. Ilość energii w nim nagromadzona jest bowiem gigantyczna. Gdybyśmy obliczyli, ile energii wytwarza sam wiatr, okazałoby się, że wynosi ona połowę rocznej produkcji energii na świecie. Energia, którą uwalnia wiatr, tworząc chmury, jest 200 razy większa niż roczne światowe zużycie energii elektrycznej, a ciepło, które powstaje wewnątrz huraganu, to równowartość bomby atomowej o mocy 10 megaton wybuchającej co 20 minut. To niemal 700 razy więcej niż moc bomby atomowej zrzuconej w 1945 r. na Hiroszimę. A teraz wyobraźmy sobie, ile energii byłoby potrzebne do pokonania siły huraganu kategorii 4 lub 5 – takiego jak Katrina lub Irma. (…)

 

Prognoza dotycząca zimy nuklearnej

 

Jedna z najbardziej spektakularnych symulacji komputerowych scenariusza zimy nuklearnej została opracowana przez zespół amerykańskich naukowców, którzy przeanalizowali konsekwencje wojny atomowej między Indiami a Pakistanem. W latach 80. każdy z tych krajów posiadał ok. 50 głowic atomowych (podobnych do bomby, która spadła na Hiroszimę). Model przedstawiał analizę ilości dymu, który zostałby wyemitowany do atmosfery w razie totalnego konfliktu. Przewidywali, że do atmosfery dostanie się 5 mln ton dymu, który stopniowo obejmie całą planetę. Temperatura spadałaby w różnych rejonach świata w różnym tempie, lecz w krajach śródlądowych z pewnością spadłaby poniżej zera. Wszędzie byłoby o wiele ciemniej, a z braku warstwy ozonowej ilość promieni UV docierających do powierzchni Ziemi byłaby o wiele większa. Ucierpiałyby rośliny, zwierzęta i wszystkie ekosystemy. Wielu ludzi zaczęło zwracać uwagę na globalne konsekwencje wojny nuklearnej i zdawać sobie sprawę, że dla kraju, który taką wojnę by rozpętał, byłoby to niemal samobójstwo, nie mówiąc o całkowitym unicestwieniu celu.

Ale skąd mamy wiedzieć, że taki model sprawdziłby się w rzeczywistości? W kwietniu 1815 r. wybuchł wulkan Mount Tambora w Indonezji i była to najpotężniejsza erupcja zarejestrowana w historii. Chociaż szacunki się różnią, ocenia się, że liczba ofiar śmiertelnych wyniosła ok. 70 tys. Do atmosfery przedostała się ogromna ilość popiołu wulkanicznego, która krążyła wokół Ziemi, wywołując znaczne zmiany klimatu. W kolejnym roku globalna temperatura spadła o 0,4-0,7 st. C i chociaż ten spadek nie wydaje się zbyt duży, to miał ogromny wpływ na klimat, w związku z czym rok 1816 został nazwany „rokiem bez lata”. Efektem była klęska nieurodzaju, która oznaczała głód na półkuli północnej. Rok bez lata był skutkiem naturalnej katastrofy, a konkretnie ogromnych ilości dymu, popiołu i dwutlenku siarki, które zostały wyrzucone do atmosfery i ograniczyły promieniowanie słoneczne oraz obniżyły globalną temperaturę. Ta sama zasada obowiązuje w wypadku zimy nuklearnej. (…)

 

Czy modyfikacja klimatu mogłaby ocalić planetę?

 

Mamy różne możliwości powstrzymania globalnego wzrostu temperatury, a nawet jej obniżenia. Do niektórych z najbardziej szalonych propozycji należy odsunięcie Ziemi od Słońca i umieszczenie w przestrzeni kosmicznej wielkich luster, które odbijałyby promieniowanie słoneczne – to pomysły rodem z książek science fiction. Niemniej u podstaw tych konceptów leżą czasem całkiem sensowne założenia. Chmury w atmosferze są naturalnymi powierzchniami odbijającymi promieniowanie słoneczne docierające do Ziemi. Im jaśniejsze są chmury, tym więcej odbijają światła, zatem obniżają temperaturę na naszej planecie. Jeden z projektów zakłada rozpylanie w chmurach delikatnej mgiełki wody morskiej. Najlepiej by się to sprawdziło na obszarach polarnych, ponieważ zmniejszyłaby się temperatura na biegunach i wzrósłby poziom morza. Takie przedsięwzięcie nie wymagałoby toksycznych chemikaliów i byłoby względnie niedrogie. Trzeba się jednak liczyć z tym, że poważnie zakłóciłoby to miejscowe wzorce pogodowe i doprowadziło do zmniejszenia opadów w innych rejonach. Oczywiście jest to bardzo kontrowersyjny przykład modyfikacji pogody, trzeba więc jeszcze wiele badań, byśmy się mogli przekonać, czy ta metoda ma więcej zalet niż wad.

Innym pomysłem dotyczącym obniżenia temperatury globalnej jest naśladowanie tego, co dzieje się naturalnie, gdy dochodzi do wybuchu wulkanu. W dziejach Ziemi wiele razy ogromne erupcje chwilowo zmniejszały temperaturę globalną. W 1991 r. wulkan Pinatubo na Filipinach wyrzucił aż do stratosfery wielkie ilości pyłu, popiołu i różnych cząsteczek, co spowodowało obniżenie temperatury na świecie o 0,5 st. C w kolejnych dwóch latach. Być może to niewiele, ale gdy mówimy o globalnej zmianie temperatury, to obecny wzrost o 1,5 st. C w stosunku do czasów sprzed epoki przemysłowej jest tak duży, że spadek o 0,5 st. C wydaje się znaczący.

Pojawia się zatem pytanie: czy moglibyśmy wynosić do stratosfery „wulkaniczne” cząsteczki i osiągnąć ten sam efekt, czyli obniżyć temperaturę na naszej planecie? Teoretycznie jest to możliwe. Owym „wulkanicznym” czynnikiem mógłby być dwutlenek siarki, za sprawą którego w stratosferze tworzyłyby się aerozole, które odbijałyby światło słoneczne w przestrzeń kosmiczną. No i przede wszystkim obniżyłoby to globalną temperaturę. Ale czy wysyłanie jednych gazów cieplarnianych w atmosferę zrównoważyłoby działanie innych? Przecież nie wiemy, jakie byłyby uboczne skutki takich działań.

Być może najsensowniejszą metodą modyfikacji pogody mogłoby być coraz popularniejsze wśród inżynierów wychwytywanie dwutlenku węgla. Nie jest to nowa metoda – w zakładach przemysłowych wykorzystujemy już szereg różnych technik wychwytu tego gazu cieplarnianego, zanim dostanie się on do atmosfery. Dwutlenek węgla jest wówczas magazynowany w ziemi lub wykorzystywany do innych celów. To jednak za mało, bo wprawdzie dzięki temu emitujemy go mniej, ale z atmosfery go nie ubywa. To jedynie opóźnia i tak nieunikniony wzrost temperatury globalnej. Potrzebujemy zatem energii, która nie byłaby oparta na spalaniu węgla, co zapoczątkuje redukcję ilości dwutlenku węgla w atmosferze. Wkrótce może się to stać rzeczywistością przez wprowadzenie nowoczesnych technik, dzięki którym – mówiąc w uproszczeniu – wielkie wentylatory będą zasysały powietrze, oczyszczały je z dwutlenku węgla i wypuszczały do atmosfery. Takie urządzenia wprawdzie już działają, ale by poważnie zredukować ilość CO2 w atmosferze, musimy wprowadzić je na wielką skalę. (…)

 

 

Fragmenty książki Simona Kinga i Clare Nasir Jak pachnie deszcz? Przekład Magdalena Hermanowska, Rebis, Poznań 2020

 

Fot. Stephen Shaver/Polaris/East News

Wydanie: 44/2020

Kategorie: Nauka

Napisz komentarz

Odpowiedz na treść artykułu lub innych komentarzy