Ilmaennustamise kunst ja teadus

„ÄRGAKE!” SUURBRITANNIA-KORRESPONDENDILT

1987. AASTA 15. OKTOOBRIL HELISTAS SUURBRITANNIA TELEVISIOONIJAAMA ÜKS NAINE JA TEATAS, ET OLI KUULNUD ORKAANIOHUST. SÜNOPTIK KINNITAS OMA VAATAJATELE: „ÄRGE MURETSEGE, ORKAANI POLE OODATA.” SAMAL ÖÖL AGA HÄVITAS LÕUNA-INGLISMAAL TORM 15 MILJONIT PUUD, PÕHJUSTAS 19 INIMESE SURMA NING TEKITAS ROHKEM KUI 1,4 MILJARDI DOLLARI ULATUSES KAHJU.

IGAL hommikul lülitavad miljonid meist sisse raadio või televiisori, et kuulata ilmateadet. Kas pilved toovad vihma? Kas päev püsib päikesepaisteline? Kas temperatuuri tõus sulatab lume ja jää? Kuulanud ära ilmateate, otsustame, mis selga panna ja kas võtta vihmavari kaasa või mitte.

Vahetevahel aga ei pea ilmaennustused paika. Kuigi ilmaennustuste täpsus on viimastel aastatel suuresti paranenud, on prognoosimine huvitav kunsti ja teaduse segu ning sugugi mitte kerge töö. Kuidas ilma ennustatakse ja kui usaldusväärsed need ennustused on? Vaatame kõigepealt, kuidas on ilmaennustamine aja jooksul arenenud.

Kuidas ilma mõõta

Piibli aegadel ennustati ilma peamiselt vaatluste järgi, mida tehti palja silmaga (Matteuse 16:2, 3). Tänapäeval on meteoroloogide kasutuses aga hulgaliselt keerukaid instrumente, millest peamisi kasutatakse õhurõhu, temperatuuri, niiskuse ja tuulekiiruse mõõtmiseks.

Aastal 1643 leiutas itaalia füüsik Evangelista Torricelli baromeetri, lihtsa riista, millega saab mõõta õhurõhku. Peagi märgati, et õhurõhu tõustes ja langedes ilm muutub. Rõhu langus annab tihtipeale märku tormist. Hügromeeter, millega mõõdetakse atmosfääri niiskust, leiutati 1664. aastal. Aastal 1714 töötas saksa füüsik Daniel Fahrenheit välja elavhõbetermomeetri. Tänu sellele sai hakata temperatuuri täpselt mõõtma.

Umbes aastal 1765 tegi prantsuse teadlane Antoine-Laurent Lavoisier ettepaneku hakata õhurõhku, niiskust ning tuulekiirust ja -suunda mõõtma iga päev. „Need mõõtmistulemused võimaldavad peaaegu alati teha ühe või kahe päeva kohta üsna täpseid ilmaennustusi,” väitis ta. Kahjuks aga polnud see sugugi nii lihtne.

Ilmavaatlused

1854. aastal uppus Krimmi sadama Balaklava lähedal ägeda tormi tõttu prantsuse sõjalaev ja 38 kaubalaeva. Prantsusmaa võimud palusid Pariisi Observatooriumi direktoril Urbain-Jean-Joseph Leverrier’il seda uurida. Kontrollides meteoroloogilisi andmeid, avastas Leverrier, et torm oli andnud endast märku kaks päeva enne katastroofi  ning liikunud üle Euroopa loodest kagusse. Kui tormi liikumist oleks jälgitud, oleks laevadele saadud anda tormihoiatus. Seepärast rajati Prantsusmaale tormihoiatusteenistus. Alguse oli saanud nüüdisaegne meteoroloogia.

Ent teadlastel oli vaja saada kiiresti meteoroloogilisi andmeid muudest paikadest. Samuel Morse’i hiljuti leiutatud elektriline telegraaf oli selleks just õige vahend. Tänu telegraafile oli Pariisi Observatooriumil võimalik 1863. aastal alustada esimeste praegusaegsete ilmakaartide koostamist. 1872. aastal tegi sellega algust ka Briti Meteoroloogiateenistus.

Mida rohkem said meteoroloogid andmeid, seda enam hakkasid nad mõistma, kui tohutult keeruline on ilm. Seepärast võeti kasutusele uued graafilised võtted, et ilmakaardid võiksid sisaldada rohkem infot. Näiteks isobaarid on jooned, mis ühendavad ühesuguse õhurõhuga punkte. Isotermid ühendavad ühesuguse temperatuuriga kohti. Ilmakaartidel kasutatakse ka tingmärke, mis näitavad tuulesuunda ja -tugevust, ning jooni, mis märgistavad soojade ja külmade õhumasside kohtumist.

Samuti on töötatud välja keerukaid seadmeid. Praegusel ajal lennutatakse maakera sadades ilmajaamades õhupalliga üles raadiosonde, riistasid, millega mõõdetakse meteoroloogilisi elemente ning mis edastavad mõõtmistulemused raadio teel maa peale. Kasutusel on ka radar. Kuna raadiolained peegelduvad pilvedes olevatest vihmapiiskadest ja jääkristallidest tagasi, saavad meteoroloogid jälgida tormide liikumist.

Suur hüpe täpsema ilmavaatluse poole toimus 1960. aastal, mil orbiidile saadeti maailma esimene telekaameraga varustatud ilmasatelliit „Tiros I”. Nüüd liiguvad ilmasatelliidid mööda orbiiti pooluselt poolusele. Geostatsionaarsed satelliidid jäävad aga maapinna ühe ja sama punkti kohale ning jälgivad pidevalt nende vaateväljas olevat maa-ala. Mõlemat tüüpi satelliidid teevad ülevalt ilma kohta pildiülekandeid.

Ilmaennustamine

Üks asi on täpselt teada, milline on ilm just praegu, midagi muud on aga ennustada seda, milline on ilm tunni aja, päeva või nädala pärast. Varsti pärast Esimest maailmasõda tuli briti meteoroloog Lewis Richardson mõttele, et kuna atmosfäär allub füüsikaseadustele, võib ta ilma  ennustada matemaatika abil. Valemid olid aga nii keerulised ja arvutamine võttis nii palju aega, et frondid olid selle aja peale kadunud, kui ilmaennustajad oma arvutustega lõpule jõudsid. Pealegi kasutas Richardson iga kuue tunni tagant saadud mõõtmistulemusi. „Iga vähegi õnnestuv ilmaennustus eeldab seda, et mõõtmisi tehtaks kõige enam pooletunniste intervallidega,” märgib prantsuse meteoroloog René Chaboud.

Ent tänu arvutite kasutuselevõtmisele sai võimalikuks teha pikki arvutusi kiiresti. Meteoroloogid kasutasid Richardsoni arvutusi, et koostada keeruline numbermudel – matemaatiliste võrrandite jada, mis hõlmab kõiki teadaolevaid ilma kujundavaid füüsikaseadusi.

Nende võrrandite rakendamiseks jagavad meteoroloogid maakera pinna koordinaatide võrguks. Briti Meteoroloogiateenistuse praeguse globaalmudeli võrgusamm on 80 kilomeetrit. Atmosfääri, mis jääb iga ruudu kohale, nimetatakse kastiks, ning atmosfääri tuult, õhurõhku, temperatuuri ja niiskust registreeritakse kahekümnel kõrgustasandil. Arvuti analüüsib andmeid, mis on saadud kogu maailma ilmajaamadelt – mida on rohkem kui 3500 –, ning koostab siis terve maakera järgmise 15 minuti ilma kohta ennustuse. Kui see on valmis, tehakse kiiresti ilmaennustus järgmise 15 minuti kohta. Seda protsessi palju kordi korrates võib arvuti koostada kõigest veerand tunniga globaalse ilmaennustuse kuue järgmise päeva kohta.

Detailsema ja täpsema kohaliku ilmaennustuse koostamiseks kasutab Briti Meteoroloogiateenistus piiratud ala mudelit, mis hõlmab Põhja-Atlandi ja Euroopa sektoreid. Selle mudeli võrgusamm on 50 kilomeetrit. On olemas ka mudel, mis hõlmab ainult Briti saari ja ümbritsevaid merealasid. Sellel on 262 384 võrgupunkti, 15-kilomeetrine võrgusamm ning 31 vertikaalset tasandit.

Sünoptiku roll

Ilmaennustamine ei põhine aga ainult teadusel. Teatmeteos „The World Book Encyclopedia” ütleb: „Valemid, mida arvutid kasutavad, kujutavad atmosfääri käitumist vaid ligilähedaselt.” Lisaks ei pruugi ka täpne ennustus suure maa-ala kohta võtta arvesse kohaliku maapinna mõju ilmale. Nii et mingil määral on ilmaennustamine ka kunst. Nüüd algab sünoptiku töö. Ta kasutab saadud andmete hindamisel oma kogemusi ja vahetegemisvõimet. See võimaldab tal koostada täpsemat ilmaennustust.

Näiteks kui Põhjamere kohalt liigub külm õhumass Euroopa maismaa kohale, moodustub tihti õhuke pilvekiht. Kas see toob Euroopa mandrile järgmisel päeval vihma või lihtsalt aurustub päikesekuumuses, sõltub vaid mõne kümnendiku kraadisest temperatuurierinevusest. Sünoptiku käsutuses olev andmestik pluss tema kogemused aitavad tal edastada usaldusväärseid teateid. See kunsti ja teaduse ühendus on olulise tähtsusega täpsete ilmaennustuste tegemisel.

Kui usaldusväärne on ilmaprognoos?

Briti Meteoroloogiateenistuse hiljutisel väitel annab ta 24 tunni kohta 86 protsendi täpsusega ilmaennustusi. Euroopa Ilmaennustuskeskuse ennustused viieks päevaks on 80 protsenti täpsed – seega usaldusväärsemad kui kaheks päevaks tehtud ennustused 1970. aastate alguses. See on muljetavaldav, kuid kaugel täiusest. Miks pole ilmaennustused usaldusväärsemad?

Põhjus on lihtsalt selles, et ilmasüsteemid on tohutult keerulised. Samuti pole võimalik mõõta kõiki parameetreid, et prognoos oleks täiesti täpne. Suurtel ookeanialadel pole ilmapoisid, mis saadaksid satelliidi  kaudu teavet maismaal asuvatesse ilmajaamadesse. Ja harva vastavad mudeli koordinaatide võrgu punktid täpselt ilmajaamade asupaigale. Peale selle ei mõista teadlased ikka veel kõiki ilmatekkemehhanisme.

Kuid ilmaennustamises tehakse pidevalt edusamme. Näiteks veel hiljaaegu põhines prognoos peamiselt atmosfäärivaatlustel. Kuna aga 71 protsenti maakera pinnast katab maailmameri, pööravad ilmauurijad nüüd tähelepanu sellele, kuidas see energiat talletab ja kuidas energia sealt õhku üle kandub. Globaalne Ookeanivaatlussüsteem annab poidesüsteemi kaudu teavet mingi piirkonna veetemperatuuri väikesegi tõusu kohta, mis võib mõjutada suuresti ilma kuskil kaugel. *

Patriarh Iiobilt küsiti: „Kas keegi mõistab pilvete lautamisi ja tema [Jumala] maja mürinat?” (Iiob 36:29, Piibli Raamat). Isegi tänapäeval teab inimene ilma kujunemisest suhteliselt vähe. Siiski on nüüdisaegne ilmaennustamine piisavalt täpne, et seda tõsiselt võtta. Teisisõnu, kui järgmine kord lubab sünoptik vihmasadu, oleks tark vihmavari kaasa võtta.

[Allmärkus]

[Pildid lk 13]

Leverrier

Torricelli

Lavoisier laboratooriumis

Varane klaastermomeeter

[Allikaviited]

Pildid Leverrier’st, Lavoisier’st ja Torricellist: Brown Brothers

Termomeeter: © G. Tomsich, Science Source/Photo Researchers

[Pildid lk 15]

Ilmaennustamise abivahendite hulka kuuluvad ka satelliidid, õhupallid ja arvutid

[Allikaviited]

Lk 2 ja 15: Satelliit: NOAA/Department of Commerce; orkaan: NASA photo

Komandör John Bortniak, NOAA Corps