Veðurspár — vísindi og list

Eftir fréttaritara Vaknið! í Bretlandi

HINN 15. OKTÓBER 1987 HRINGDI KONA TIL BRESKRAR SJÓNVARPSSTÖÐVAR OG SAGÐIST HAFA FRÉTT AÐ ÞAÐ VÆRI STORMUR Í AÐSIGI. VEÐURFRÆÐINGURINN FULLVISSAÐI SJÓNVARPSÁHORFENDUR UM AÐ ÞAÐ VÆRI ÁSTÆÐULAUST AÐ ÓTTAST ÞVÍ AÐ SVO VÆRI EKKI. UM NÓTTINA GEKK ÓVEÐUR YFIR SUÐUR-ENGLAND. NÍTJÁN MANNS FÓRUST OG 15 MILLJÓNIR TRJÁA EYÐILÖGÐUST. TJÓNIÐ AF VÖLDUM ÓVEÐURSINS VAR METIÐ Á MEIRA EN 125 MILLJARÐA ÍSLENSKRA KRÓNA.

MILLJÓNIR manna kveikja á útvarps- eða sjónvarpstækinu á hverjum morgni til að heyra eða sjá veðurspána. Boða skýin rigningu? Verður sólskin allan daginn? Hlánar þegar líður á daginn? Eftir að hafa heyrt spána getum við ákveðið hvernig við klæðum okkur.

En stundum er áberandi munur á veruleika og veðurspá. Þó svo að veðurspár hafi stórbatnað á síðustu árum er veðurspáfræðin engu að síður athyglisverð blanda vísinda og listar og hvergi nærri óbrigðul. Hvernig er spáð fyrir um veðrið og hversu áreiðanlegar eru spárnar? Við skulum byrja á því að rekja sögu veðurspáfræðinnar.

Veðurathuganir

Á biblíutímanum byggðust veðurspár fyrst og fremst á sjónrænum athugunum. (Matteus 16:​2, 3) Nú ráða veðurfræðingar yfir fjölda flókinna tækja, en undirstöðutækin eru loftþrýstings-, hita-, raka- og vindmælar.

Ítalski eðlisfræðingurinn Evangelista Torricelli fann upp loftvogina árið 1643, en hún er einfalt áhald sem mælir loftþrýsting. Menn veittu því fljótlega eftirtekt að loftþrýstingur hækkar og lækkar með veðurbreytingum, og að oft mátti búast við stormi þegar loftvogin féll. Rakamælirinn, sem mælir rakastig andrúmsloftsins, var fundinn upp árið 1664. Og þýski eðlisfræðingurinn Daniel Farenheit bjó til kvikasilfurshitamælinn árið 1714. Nú var hægt að mæla hitastigið nákvæmlega.

Franski vísindamaðurinn Antoine-Laurent Lavoisier setti fram þá hugmynd árið 1765 að teknar yrðu upp daglegar mælingar á loftþrýstingi, rakastigi, vindhraða og vindátt. Hann fullyrti að með þessar upplýsingar að bakhjarli „væri næstum alltaf hægt að spá fyrir um veðrið með sæmilegri nákvæmni einn eða tvo daga fram í tímann.“ En það reyndist því miður hægara sagt en gert.

Að rekja veðurbreytingar

Árið 1854 sökk franskt herskip ásamt 38 kaupförum í ofsaveðri út af hafnarborginni Balaklava á Krím. Frönsk yfirvöld fólu Urbain-Jean-Joseph Leverrier, forstöðumanni Stjörnuathugunarstöðvar Parísar, að rannsaka málið. Er hann fór yfir veðurskýrslur  uppgötvaði hann að stormurinn hafði myndast tveim dögum áður en hann olli tjóninu við Krím og gengið yfir Evrópu frá norðvestri til suðausturs. Ef eitthvert kerfi hefði verið fyrir hendi til að rekja stefnu storma hefði mátt vara skipstjórnendur við í tæka tíð. Í framhaldi af því var komið á fót stormviðvörunarþjónustu í Frakklandi. Þetta var upphaf veðurfræðinnar eins og við þekkjum hana núna.

En vísindamenn vantaði fljótvirka leið til að safna veðurathugunum frá öðrum stöðum. Og Samuel Morse var nýlega búinn að finna upp ritsímann sem hentaði prýðilega til þessa. Stjörnuathugunarstöð Parísar hóf því útgáfu fyrstu veðurkortanna í nútímamynd árið 1863. Breska veðurstofan hóf útgáfu veðurkorta nokkru síðar eða árið 1872.

Því meiri gögnum sem veðurfræðingar söfnuðu, þeim mun ljósara varð þeim að veðrið væri gríðarlega flókið fyrirbæri. Nýjar myndrænar aðferðir voru teknar upp til að gefa mætti ítarlegri upplýsingar á veðurkortunum. Jafnþrýstilínur voru teiknaðar til að tengja punkta þar sem loftþrýstingur var sá sami. Jafnhitalínur tengdu þá staði þar sem hitastig var hið sama. Á veðurkortunum voru líka notuð ákveðin tákn til að sýna vindátt og vindhraða, ásamt línum til að tákna skil þar sem mættust heitir og kaldir loftmassar.

Flókin mælitæki hafa einnig litið dagsins ljós. Hundruð veðurathugunarstöðva um allan heim senda upp loftbelgi með veðurkönnum, en það eru tæki sem mæla skilyrði í andrúmsloftinu og senda svo upplýsingar til baka með útvarpsbylgjum. Ratsjár eru einnig notaðar. Hægt er að rekja hreyfingar storma með því að mæla endurkast útvarpsbylgna af regndropum og ísögnum í skýjum.

Árið 1960 var stigið stórt framfaraskref í nákvæmum veðurathugunum þegar fyrsta veðurtunglinu, TIROS I, var skotið á loft með sjónvarpsmyndavél innanborðs. Núna eru veðurtungl á braut um jörð heimskautanna á milli en önnur eru á staðbraut sem merkir að þau haldast kyrr yfir sama stað á jörðinni og fylgjast jafnt og þétt með þeim hluta jarðar sem sjónsvið þeirra nær yfir. Báðar gerðirnar senda síðar myndir til jarðar af veðurkerfunum eins og þau líta út ofan frá.

Að spá um veðrið

Það er eitt að vita nákvæmlega hvernig veðrið er núna en allt annað að spá um það hvernig það verði eftir klukkustund, sólarhring eða viku. Skömmu eftir fyrri heimsstyrjöldina taldi breski veðurfræðingurinn Lewis  Richardson að þar eð andrúmsloftið lyti lögmálum eðlisfræðinnar hlyti að vera hægt að beita stærðfræðilegum útreikningum til að spá fyrir um veðrið. En formúlurnar voru svo flóknar og útreikningarnir svo tímafrekir að veðurskilin voru gengin yfir áður en útreikningunum var lokið. Og Richardson studdist við veðurathuganir sem gerðar voru með sex klukkustunda millibili. Franski veðurfræðingurinn René Chaboud bendir hins vegar á að „ekki megi líða nema í mesta lagi hálftími milli veðurathugana til að spárnar nái lágmarksnákvæmni.“

Með tilkomu tölvutækninnar varð unnt að gera flókna útreikninga á örskammri stundu. Veðurfræðingar notuðu reikniaðferðir Richardsons sem grunn að flóknu reiknilíkani þar sem stuðst er við röð af stærðfræðiformúlum. Þessar formúlur ná yfir öll þekkt eðlisfræðilögmál sem stjórna veðrinu.

Til að beita þessum reikniaðferðum skipta veðurfræðingar yfirborði jarðar niður í einingar eða reiti. Heimslíkanið, sem Breska veðurstofan styðst við, miðast við reiti sem eru um 80 kílómetrar á kant. Vindátt, vindhraði, loftþrýstingur, hitastig og rakastig er mælt í 20 hæðarþrepum í andrúmsloftinu. Tölva vinnur úr gögnum frá veðurathugunarstöðvum út um allan heim, sem eru rúmlega 3500 talsins, og spáir síðan hvernig veðrið í heiminum verði næsta stundarfjórðung. Þegar því er lokið er spáð annan stundarfjórðung fram í tímann og svo koll af kolli. Með því að endurtaka þetta ferli margsinnis getur tölvan spáð sex daga fram í tímann á aðeins 15 mínútum.

Til að gera ítarlegri og nákvæmari staðarspár styðst Breska veðurstofan við svæðislíkan sem nær yfir Norður-Atlantshaf og Evrópu. Þar eru reitirnir smækkaðir niður í 50 kílómetra á kant. Þá er einnig til líkan sem nær aðeins yfir Bretlandseyjar og hafsvæðin umhverfis. Þar er stuðst við 262.384 hnitpunkta með 15 kílómetra millibili og 31 hæðarþrepi.

Hlutverk veðurfræðingsins

En veðurspár eru meira en beinhörð vísindi. Eins og alfræðibókin The World Book Encyclopedia orðar það eru „þær formúlur, sem tölvurnar nota, aðeins áætluð lýsing á veðurfarslegum breytingum andrúmsloftsins.“ Og það er alls ekki víst að nákvæm spá fyrir stórt svæði taki tillit til áhrifa landslags á veðrið. Þess vegna er veðurspáfræðin að vissu marki list. Hér kemur til kasta veðurfræðingsins. Hann metur þau gögn, sem hann fær, í ljósi reynslu sinnar og dómgreindar og spárnar verða nákvæmari fyrir vikið.

Þegar loftmassi, sem hefur kólnað yfir Norðursjó, kemur inn á meginland Evrópu myndast oft þunn skýjahula. Hitastigsmunur upp á brot úr gráðu getur ráðið því hvort skýjahulan boðar regn á meginlandinu daginn eftir eða gufar hreinlega upp í sólinni. Veðurfræðingurinn byggir á fyrri reynslu sinni af sams konar aðstæðum og þeim gögnum, sem fyrir liggja, til að spá því á hvorn veginn það fer. Þetta sambland listar og vísinda er nauðsynlegt til að spárnar verði sem nákvæmastar.

Hversu áreiðanlegar eru þær?

Breska veðurstofan segir að sólarhringsspár sínar séu 86 prósent nákvæmar. Fimm daga spár evrópsku veðurstofunnar ECMWF eru 80 prósent nákvæmar sem er betra en tveggja daga spárnar voru snemma á áttunda áratugnum. Þetta er býsna góður árangur en hvergi nærri fullkominn. Af hverju eru spárnar ekki áreiðanlegri en þetta?

Ástæðan er einfaldlega sú að veðurkerfin eru geysilega flókin. Og ógerlegt er að gera allar þær mælingar sem þyrfti til að spárnar yrðu fullkomlega öruggar. Á stórum hafsvæðum eru engin veðurdufl til að senda  veðurmælingar til jarðstöðva um gervihnött. Veðurathugunarstöðvar eru sjaldan nákvæmlega á þeim hnitpunktum sem reiknilíkön veðurfræðinga styðjast við. Og enn vantar þó nokkuð upp á að vísindamenn skilji til hlítar öll þau náttúruöfl sem hafa áhrif á veðrið.

En veðurspárnar verða æ nákvæmari. Til skamms tíma byggðust veðurspár aðallega á mælingum á andrúmsloftinu. Hins vegar er 71 prósent af yfirborði jarðar hulið sjó, og vísindamenn beina athyglinni að því núna hvernig orka geymist og flyst milli sjávar og lofts. Sett hefur verið upp baujukerfi sem veitir upplýsingar um smávægilega hækkun á hitastigi sjávar sem getur haft gífurleg áhrif á veður í órafjarlægð. *

Ættfaðirinn Job var spurður: „Hver skilur útbreiðslu skýjanna og dunurnar í tjaldi [Guðs]?“ (Jobsbók 36:29) Enn þann dag í dag veit maðurinn ósköp lítið um þau öfl sem stjórna veðrinu. En veðurspár okkar daga eru nógu nákvæmar til að taka þær alvarlega. Með öðrum orðum ættirðu að taka mark á veðurfræðingnum næst þegar hann tilkynnir að búast megi við slagveðri eða stórhríð og klæða þig í samræmi við það!

[Neðanmáls]

[Myndir á blaðsíðu 20]

Leverrier

Gamall hitamælir úr gleri.

Torricelli

Lavoisier á rannsóknarstofu sinni.

[Credit lines]

Myndir af Leverrier, Lavoisier og Torricelli: Brown Brothers.

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

[Myndir á blaðsíu 22]

[Credit lines]

Bls. 2 og 22: Gervihnöttur: NOAA/Department of Commerce; fellibylur: NASA.

John Bortniak, liðsforingi, NOAA Corps