Orų prognozavimo menas ir mokslas

IŠ ATSIBUSKITE! BENDRADARBIO BRITANIJOJE

KAŽKOKIA MOTERIS 1987-ŲJŲ SPALIO 15-ĄJĄ PASKAMBINO Į VIENĄ BRITANIJOS TV STOTĮ IR PRANEŠĖ GIRDĖJUSI, JOG ARTĖJA URAGANAS. ORŲ PROGNOZUOTOJAS SAVO ŽIŪROVAMS RAMINAMAI PASAKĖ: „NESIBAIMINKITE. TAIP NĖRA.“ TAČIAU TĄ NAKTĮ PER PIETŲ ANGLIJĄ PRAŪŽĖ URAGANAS, KURIS IŠVERTĖ 15 MILIJONŲ MEDŽIŲ, NUSINEŠĖ 19 GYVYBIŲ IR PRIDARĖ ŽALOS DAUGIAU KAIP UŽ 1,4 MILIJARDO JAV DOLERIŲ.

MILIJONAI žmonių kas rytą įsijungia radiją arba televizorių pasiklausyti orų prognozės. Ar apniukęs dangus atneš lietų? Ar saulėtas rytas žada giedrą dieną? Ar kylanti temperatūra sukels atodrėkį, ištirpdysiantį sniegą bei ledą? Pasiklausę prognozės nusprendžiame, ką rengtis, imti skėtį ar ne.

Tačiau kartais orų prognozės pasirodo gan klaidingos. Taip, nors pastaraisiais metais orai nuspėjami daug tiksliau, jų prognozavimas anaiptol nėra paprastas dalykas — tai reikalauja įgūdžių ir išmanymo. Tad kas gi yra orų prognozavimas ir kiek tos prognozės patikimos? Kad atsakytume į šiuos klausimus, pirmiau patyrinėkime orų prognozavimo istoriją.

Orų tyrimas

Bibliniais laikais orų spėjimas buvo grindžiamas daugiausia stebėjimais plika akimi (Mato 16:2, 3). Šių laikų meteorologai turi daugybę sudėtingų įrenginių, pavyzdžiui, oro slėgiui, temperatūrai, drėgnumui bei vėjo stiprumui nustatyti.

1643-iaisiais italų fizikas Evandželista Toričelis išrado barometrą — paprastą prietaisą oro slėgiui matuoti. Netrukus buvo pastebėta, kad slėgis kyla ir krenta orams keičiantis. Slėgio kritimas dažnai pranašauja audrą. Higrometras, kuriuo matuojamas atmosferos drėgnumas, buvo išrastas 1664-aisiais, o 1714-aisiais vokiečių fizikas Danielis Farenheitas išrado gyvsidabrio termometrą. Dabar buvo galima tiksliai išmatuoti temperatūrą.

Apie 1765-uosius prancūzų mokslininkas Antuanas Loranas Lavuazjė pasiūlė kasdien matuoti oro slėgį, drėgnumą, vėjo greitį bei jo kryptį. „Turint šią informaciją, — tvirtino jis, — beveik visada įmanoma gana tiksliai numatyti vienos dviejų artimiausių dienų orus.“ Deja, tai padaryti pasirodė ne taip lengva.

Orų stebėjimas

1854-aisiais netoli Krymo Balaklavos uosto per smarkų štormą nuskendo vienas prancūzų karo laivas ir 38 prekybos laivai. Prancūzijos vyriausybė paprašė Paryžiaus observatorijos direktorių Urbeną Žaną Žozefą Leverjė ištirti tą įvykį. Patikrinęs meteorologų įrašus, jis nustatė, jog uraganas susiformavo porą dienų prieš nelaimę ir iš šiaurės vakarų praūžė per Europą pietryčių link. Jei būtų veikusi uraganų judėjimo stebėjimo  sistema, laivai būtų buvę perspėti iš anksto. Todėl Prancūzijoje buvo įsteigta valstybinė perspėjimo apie artėjančius uraganus tarnyba. Tai buvo šiuolaikinės meteorologijos pradžia.

Tačiau mokslininkams duomenis apie orus iš kitų vietovių kažkokiu būdu reikėjo gauti per trumpą laiką. Kaip tik tokia tinkama priemonė buvo Samjuelio Morzės kiek anksčiau išrastas elektromagnetinis telegrafo aparatas. Tai įgalino Paryžiaus observatoriją 1863-iaisiais pradėti leisti pirmuosius šiuolaikinius orų žemėlapius. Apie 1872-uosius juos leisti pradėjo ir Britų meteorologijos tarnyba.

Kuo daugiau duomenų meteorologai surinkdavo, tuo labiau suprasdavo, kokie sudėtingi reiškiniai vyksta atmosferoje. Buvo išrasti nauji grafiniai prietaisai, tad orų žemėlapiai galėjo perteikti papildomos informacijos. Pavyzdžiui, vienodo slėgio taškai sujungiami linijomis, vadinamomis izobarėmis, vienodų temperatūrų taškai — izotermėmis. Dar orų žemėlapiuose simboliais žymima vėjo kryptis bei stiprumas, o linijomis vaizduojamos šilto ir šalto oro masių sandūros.

Taip pat kuriami vis sudėtingesni prietaisai. Šiais laikais visame pasaulyje šimtai meteorologijos stočių leidžia balionus su radiozondais — prietaisais, kurie išmatuoja atmosferos sąlygas ir perduoda informaciją radijo bangomis. Dar naudojamasi radarais. Radijo bangoms atsimušus į debesyse esančius lietaus lašus bei ledo kristalėlius, meteorologai gali nustatyti uraganų judėjimo kryptį.

Didelis žingsnis į priekį buvo žengtas 1960-aisiais, paleidus TIROS I, pirmąjį pasaulyje meteorologinį palydovą su TV kamera, ir orų stebėjimai tapo dar tikslesni. Dabar meteorologiniai palydovai skrieja aplink Žemę nuo vieno jos ašigalio iki kito, o geostacionarūs palydovai, būdami nustatytoje padėtyje virš Žemės, be perstojo kontroliuoja tam tikrą rutulio dalį, esančią jų stebėjimo lauke. Tiek vieni, tiek kiti perduoda iš viršaus matomo orų vaizdo meteorologines nuotraukas.

Orų prognozavimas

Viena yra tiksliai žinoti, kokie orai dabar, tačiau visai kas kita nuspėti, kokie jie bus po valandos, dienos arba savaitės. Tuoj po I pasaulinio karo britų meteorologas Luisas Ričardsonas padarė išvadą, jog jis galėtų prognozuoti orus matematiškai, nes atmosfera paklūsta fizikos dėsniams. Tačiau formulės pasirodė  esančios tokios sudėtingos, o skaičiavimo procesas toks ilgas, kad orų frontas praslinkdavo greičiau, nei prognozuotojai spėdavo pabaigti skaičiavimus. Be to, Ričardsonas naudojosi meteorologiniais rodmenimis, fiksuojamais kas šešias valandas. „Net apytikrei prognozei rodmenys turi būti fiksuojami bent kas pusvalandį“, — tvirtina prancūzų meteorologas Renė Šabu.

Tačiau atsiradus kompiuteriams pasidarė įmanoma ilgus skaičiavimus atlikti gana greit. Pritaikę Ričardsono skaičiavimus meteorologai sudarė kompleksinį skaitmeninį modelį iš daugybės matematinių lygčių, kurios apima visus žinomus orus valdančius fizikos dėsnius.

Kad sudarytų tas lygtis, meteorologai suskirstė žemės paviršių dalimis. Šiuo metu Britanijos meteorologijos tarnybos naudojamas pasaulio modelis yra tinklas iš kvadratų, kurių kraštinės yra maždaug po 80 kilometrų. Atmosfera virš kiekvieno tokio žemės kvadrato vadinama atmosferos gardele. Kiekvienos gardelės atmosferos vėjo, oro slėgio, temperatūros bei drėgmės stebėjimai registruojami 20 skirtingų aukščių virš jūros lygio. Iš viso pasaulio stebėjimo stočių (jų yra daugiau kaip 3500) gauti duomenys analizuojami kompiuteriais ir sudaroma pasaulio orų prognozė 15-ai minučių. Sudarius vieną tokią prognozę, tuoj pat daroma prognozė kitoms 15 minučių. Kompiuteriu kartojant šį procesą daug kartų, 15 minučių tikslumu galima visam pasauliui sudaryti prognozę šešioms dienoms.

Detalesnei bei tikslesnei vietinei prognozei Britų meteorologijos tarnyba naudojasi Riboto ploto modeliu, apimančiu šiaurinę Atlanto bei Europos dalį. Šio modelio gardelių kraštinės yra po 50 kilometrų ilgio. Be to, yra modelis, apimantis tik Britų salas ir aplinkines jūras. Jame yra 262384 gardeles jungiantys taškai, išdėstyti kas 15 kilometrų; duomenys registruojami 31 skirtingo aukščio taške.

Prognozuotojo vaidmuo

Tačiau orų prognozavimas nėra vien tik mokslo dalykas. Kaip rašoma enciklopedijoje The World Book Encyclopedia, „kompiuterių naudojamos formulės tik apytiksliai nusako tai, kas vyksta atmosferoje“. Be to, net ir tiksliai prognozuojant orus didelei teritorijai galima neįvertinti vietinės teritorijos poveikio orams. Todėl reikia tam tikro meistriškumo. Štai tada ir pasirodo, ką prognozuotojas sugeba. Vertindamas gautus duomenis jis turi pasitelkti savo patirtį bei nuovoką. Tai padeda jam padaryti tikslesnes prognozes.

Pavyzdžiui, kai virš Šiaurės jūros atvėsęs oras slenka Europos žemynu, dažnai susiformuoja plonas debesų sluoksnis. Ar šis debesų sluoksnis pranašauja, jog kitą dieną Europos žemyne lis, ar jis paprasčiausiai išsisklaidys nuo saulės kaitros, priklauso vos nuo kelių dešimtųjų laipsnio dalių temperatūros skirtumų. Prognozuotojo turimi duomenys drauge su jo patirtimi iš ankstesnių panašių situacijų padeda jam paskelbti patikimą informaciją. Tad prognozės tikslumas priklauso nuo įgūdžių bei išmanymo.

Kiek prognozės patikimos?

Dabartinė Britų meteorologijos tarnyba tvirtina, jog jos 24 valandų prognozės tikslumas — 86 procentai. Europos orų prognozių centras penkių dienų prognozes nustato 80 procentų tikslumu. Taigi jos patikimesnės už dviejų dienų prognozes aštuntojo dešimtmečio pradžioje. Įspūdinga, bet toli gražu ne idealu. Kodėl prognozės negali būti dar patikimesnės?

Dėl paprastos priežasties: atmosferos procesai labai sudėtingi. Surinkti visus duomenis, reikalingus tiksliai prognozei, neįmanoma. Milžiniškuose vandenynų plotuose nėra plūduriuojančių orų stebėjimo punktų, kurie per palydovus siųstų duomenis į sausumoje  esančias stotis. Žemėje orų modelio linijų susikirtimo taškai irgi retai tesutampa su orų stebėjimo punktais. O ir mokslininkai vis dar nėra perpratę visų mūsų orams įtaką darančių gamtos jėgų.

Tačiau orų prognozavimas nuolat tobulėja. Pavyzdžiui, dar neseniai jis daugiausiai priklausė nuo atmosferos stebėjimo. Tačiau kadangi 71 procentą žemės rutulio paviršiaus dengia vanduo, tyrinėtojai dabar stengiasi išsiaiškinti, kaip energija kaupiasi virš vandenynų ir pakyla į orą. Panaudodama plūdurų sistemą, Pasaulio vandenynų stebėjimo tarnyba pateikia informaciją net apie menkus vandens temperatūros pakilimus viename regione, galinčius turėti dramatiškos įtakos orams toli nuo tos vietos. *

Patriarcho Jobo buvo paklausta: „Ar gali kas suprasti debesų išskleidimą ir perkūno griausmus iš [Dievo] buveinės?“ (Jobo 36:29) Šiandien žmonės apie mūsų orų formavimąsi kol kas žino gan nedaug. Vis dėlto šiuolaikinės orų prognozės yra pakankamai tikslios ir į jas dera atsižvelgti. Kitaip tariant, kai kitą kartą prognozuotojas pasakys, jog tikimasi lietaus, tikriausiai griebsitės skėčio.

[Išnaša]

[Iliustracijos 13 puslapyje]

Leverjė

Toričelis

Lavuazjė savo laboratorijoje

Vienas iš pirmųjų stiklinių termometrų

[Šaltinių nuorodos]

Leverjė, Lavuazjė ir Toričelis: Brown Brothers

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

[Iliustracijos 15 puslapyje]

Kai kurios orų prognozuotojų priemonės: palydovai, oro balionai bei kompiuteriai

[Šaltinių nuorodos]

2 ir 15 puslapiuose: palydovas: NOAA/Department of Commerce; uraganas: NASA photo

Vadas Džonas Bortniakas (NOAA korpusas)