ΠΕΡΙΠΛΟΚΕΣ
ΑΝΩΜΑΛΙΕΣ ΤΟΥ ΚΑΙΡΟΥ
ΚΑΙ ΤΟΥ ΚΛΙΜΑΤΟΣ


Γιατί ο καιρός είναι τόσο απρόβλεπτος;

IMAGE DESCRIPTIONΌλοι μας έχουμε πέσει θύματα κακής πρόγνωσης καιρού κάποια στιγμή. Πάντως, χρειάζεται πτυχίο για να γίνεις επαγγελματίας μετεωρολόγος.

Προς υπεράσπισή τους, ο καιρός στον πλανήτη μας είναι χαοτικός. Βασικά, είναι αυτό που οι επιστήμονες λένε «χαοτικό δυναμικό σύστημα». «Δυναμικό», γιατί μεταβάλλεται συνεχώς και «χαοτικό», καθώς δεν ακολουθεί κανένα προκαθορισμένο πρότυπο.

Αυτό συμβαίνει, γιατί η Γη έχει ογκώδη βουνά, τεράστιους ωκεανούς και πυκνή ατμόσφαιρα, που βομβαρδίζονται συνεχώς από ηλιακή θερμότητα. Ο συνδυασμός απεριόριστης ενέργειας και δύσμορφου τοπίου δημιουργεί πελώρια και συχνά βίαια καιρικά συστήματα. Αυτή η περιπλοκότητα κάνει τον καιρό της γης τον λιγότερο προβλέψιμο στο ηλιακό σύστημα.

Όμως, αυτό δεν μας σταμάτησε ποτέ από το να προσπαθούμε. Μία μεγάλη επανάσταση έγινε το 1922, όταν ένας επιστήμονας, ο Lewis Fry Richardson ανέπτυξε ένα μαθηματικό τύπο για τη μελλοντική πρόβλεψη καιρού από εκτενείς παρατηρήσεις συνθηκών ανά τον κόσμο. Κάτι το θαυμαστό, αν εξαιρέσουμε ότι θα χρειάζονταν 64.000 άτομα να δουλεύουν συνεχώς για να ενημερώνονται οι προβλέψεις. Ευτυχώς, εφηύραμε τους υπολογιστές που έκαναν τις πράξεις για εμάς κι η ιδέα απογειώθηκε.


Με όλη τη σύγχρονη τεχνολογία πρόγνωσης του σήμερα, οι μετεωρολόγοι ακόμα πασχίζουν να παρακολουθήσουν το χάος του καιρού στον κόσμο. Για αυτό, ίσως κάνουν ακόμη λάθος για το αύριο.


Γιατί ο ουρανός είναι μπλε;

Θα ήταν ένας σκληρός αντίπαλος για την πιο πονηρή ερώτηση-παγίδα της Φυσικής γιατί ουσιαστικά, δεν είναι μπλε. Στην πραγματικότητα, δεν έχει κανένα χρώμα.

Αν και το φυσικό φως του Ήλιου φαίνεται λευκό, στην πραγματικότητα είναι ένας συνδυασμός όλων των μαγικών χρωμάτων του ουράνιου τόξου. Ο Ισαάκ Νεύτων το απέδειξε, όταν χρησιμοποίησε ένα πρίσμα για να τα χωρίσει, ένα φίνο κολπάκι για πάρτι, γνωστό ως διάθλαση. Τα χρώματα σχηματίζουν το ορατό φάσμα αυτού που ονομάζουμε ηλεκτρομαγνητικό φάσμα.

Κάθε χρώμα έχει το δικό του ατομικό μήκος και συχνότητα, μα στο Διάστημα συνδυάζονται για να παράγουν λευκό φως και ταξιδεύουν με την ίδια ταχύτητα, την ταχύτητα του φωτός. Η δράση δεν αρχίζει, μέχρι το φως να φτάσει στη Γη, οπότε συντρίβεται κατά μέτωπο με τα άτομα οξυγόνου και αζώτου που αποτελούν το 99% της ατμόσφαιράς μας. Τότε, τα χρώματα αρχίζουν και διαχωρίζονται και κάποια εξουδετερώνονται περισσότερο από τα άλλα, ένα φαινόμενο γνωστό ως «μοριακή σκέδαση» (σκέδαση Rayleigh). Όσο πιο μικρό το μήκος κύματος τόσο πιο πολύ αναπηδά, και το μπλε φως βρίσκεται στο τέλος του φάσματος. Αυτό σημαίνει, πως όταν ακουμπά στην ατμόσφαιρα, τα μόρια του αέρα διασκορπίζουν το μπλε φως παντού, ενώ άλλα χρώματα περνούν κατευθείαν χωρίς την παραμικρή γρατζουνιά.


Το μπλε φαίνεται πως έρχεται από τον ουρανό μέχρι να φτάσει στα μάτια σας. Και ιδού, ένας μπλε ουρανός!


Πώς επηρεάζουν οι ωκεανοί τον καιρό;

Θάλασσα: Νερό παντού, κι ούτε σταγόνα να πιούμε! Οι ωκεανοί καλύπτουν το 71% της επιφάνειας της Γης. Περιέχουν το 97% του νερού της. Οπότε, δεν αποτελεί έκπληξη, που οι ωκεανοί έχουν μεγάλο λόγο στον καιρό του κόσμου μας. Ο σημαντικότερος ρόλος τους είναι η αποθήκευση και η διανομή της θερμότητας.

Οι θερμοκρασίες του ωκεανού μπορούν να φτάσουν τους 36ο C και τα ζεστά νερά κολυμπούν σε ρεύματα της επιφάνειας, που δημιουργούνται από περαστικούς ανέμους. Άλλα ρεύματα κινούνται σε νερά που αγγίζουν τους -2ο C. Το φυσικό μπρος-πίσω βοηθά να κρατούνται οι παγκόσμιες θερμοκρασίες σε ισορροπία. Οι ωκεανοί προμηθεύουν το 90% του νερού που χρησιμοποιείται για να δημιουργηθεί η βροχή και απορροφούν αποτελεσματικά διοξείδιο του άνθρακα, που βοηθά στον έλεγχο του κλίματος της Γης.

Φιλοξενούν, επίσης, κάποιους από τους πιο αναξιόπιστους χαρακτήρες του καιρού, όπως είναι οι τυφώνες. Μα ίσως το πιο αναξιόπιστο καιρικό φαινόμενο είναι το Ελ Νίνιο.

Το Ελ Νίνιο είναι μία περίπλοκη ανωμαλία του καιρού και του κλίματος της Γης. Εμφανίζεται κάθε τρία με επτά χρόνια κι εκδηλώνεται σαν τεράστια πισίνα με ζεστό νερό στον Ειρηνικό ωκεανό, δυτικά της Νότιας Αμερικής. Η άφιξή του προκαλεί μία σειρά από περίεργα πράγματα, όπως ραγδαία αύξηση βροχόπτωσης στη Νότια Αμερική και παράλληλα ξηρασίες στην Αυστραλία.

Αυτά τα άκρα προκαλούν μεγάλη σύγχυση σε όλους. Δεν είμαστε ποτέ απολύτως σίγουροι πότε θα επιστρέψει.


Ο υδραυλικός είπε ότι αυτό κάπως έχει να κάνει με το φαινόμενο Ελ Νίνιο.

Γιατί φυσά ο άνεμος;

Με απίστευτη ενέργεια και πιστοποιημένη ανώτατη ταχύτητα 408 χιλιομέτρων την ώρα, ο αέρας εγγυάται πως θα σας πάρει και θα σας σηκώσει. Το κλειδί της επιτυχίας του είναι ο Ήλιος, ο οποίος παράγει 386.000.000.000.000.000.000.000 MW ενέργειας το δευτερόλεπτο. Ένα μέρος της ενέργειας μεταφέρεται στην ατμόσφαιρα της Γης. Ο Ισημερινός προσλαμβάνει την πιο άμεση ηλιακή ακτινοβολία, ενώ οι πόλοι πρέπει να τα βγάλουν πέρα με ό,τι τους απομένει.

Για να ισορροπήσει την κατάσταση, ο θερμός αέρας του Ισημερινού ανυψώνεται και πηγαίνει προς τους πόλους. Μόλις φτάσει, κρυώνει, βυθίζεται και επιστρέφει στον Ισημερινό για να ξαναζεσταθεί. Οι κινήσεις δημιουργούν περιοχές χαμηλής και υψηλής πίεσης αέρα κι ο αέρας ρέει πάντοτε από εκεί όπου η πίεση είναι υψηλή προς την χαμηλή. Η οριζόντια κίνηση του αέρα που δημιουργείται, είναι ο άνεμος. Σε αυτόν προστίθεται η τριβή η οποία προκαλείται από τις ανωμαλίες στην επιφάνεια του πλανήτη, που ορίζουν την ταχύτητα του ανέμου. Μετά, η δύναμη Coriolis μπαίνει στο μπέρδεμα. Καθώς η Γη περιστρέφεται, στέλνει τον κινούμενο αέρα σε περιστροφή προς τα δεξιά στο βόρειο ημισφαίριο και προς τα αριστερά στο κάτω δημιουργώντας καιρικά συστήματα, που περιστρέφονται προς αντίθετες κατευθύνσεις.


Ο αέρας χαίρει εκτίμησης από πολλούς υψηλούς πελάτες, όπως τον Χριστόφορο κολόμβο, τις χήνες και την Ολλανδία.

Αλλά να θυμάστε, να χρησιμοποιείτε τον άνεμο με σύνεση. Σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να οδηγήσει σε ακραίες καταστροφές.



Πηγή:
«Things you need to know», 360 Productions.



ΓΡΑΨΤΕ ΤΟ ΜΗΝΥΜΑ ΣΑΣ


3 ΣΧΟΛΙΑ

  • Bielidopoulos

    28 Μαρ 2018

    Περισσότερα εδώ:
    https://en.wikipedia.org/wiki/Numerical_weather_prediction

  • Ανώνυμος 45386

    28 Μαρ 2018

    Ειναι παντα λιγο περιεργο να διαβαζει κανεις \"μαθηματικες\" εξηγησεις απο μη-μαθηματικους και να τις συγκρινει με τις εκλαικευσεις απο μαθηματικους. Οταν ο Χωκινγκ, για παραδειγμα, (και οχι μονο αυτος, αλλα ειναι ενα γνωστο ονομα) εξηγει με προσιτους ορους τις συνεπειες μαθηματικων αναλυσεων, δεν το κανει τυχαια αλλα καθε του προταση, σε απλα αγγλικα και με απλες λεξεις, ειναι πολυ προσεκτικα δομημενη, γιατι ξερει ακριβως το μαθηματικο προβλημα που εκλαικευει. Οταν καποιος \"mathematically challenged\" προσπαθει να τους μιμηθει, τοτε τα συμπερασματα δεν αντεχουν σε σοβαρη κριτικη. Ο καιρος ειναι χαοτικο συστημα αλλα οχι \"γιατι δεν ακολουθει συγκεκριμενο προτυπο\". Το προτυπο του ειναι συγκεκιριμενο (πχ, διατηρηση ενεργειας-μαζας), αλλα εχει παρα πολλες μεταβλητες. Εχει επισης χαρακτηριστικα που ειναι στα ορια της ασταθειας (η εχουν τοπικη ασταθεια) που του δινουν μεγαλη ευαιστθησια σε διαταραχες. Το πεταγμα της πεταλουδας, που δεν θα αλλαξει βεβαια τον καιρο, ειναι χρησιμο για να δωσει ενα δειγμα αυτης της ευαισθησιας. Απο την αλλη, χαοτικα συστηματα δεν ειναι μονο αυτα που δεν \"ακολουθουν προτυπα\". Ενα κλασσικο παραδειγμα ειναι η λογιστικη εξισωση x[k+1] = r x[k](1-x[k]) εχει μια μεταβλητη και μια παραμετρο, και πολυ συγκεκριμενο προτυπο, ομως εμφανιζει χαοτικη συμπεριφορα για ενα ευρος τιμων της παραμετρου. Δεν υπαρχει τιποτα τυχαιο σ\'αυτην την περιπτωση. Παρακατω διαβαζουμε για μεταβλητες που αλληλοεπηρεαζονται και αυτο δημιουργει χαος... Φυσικα, υπαρχουν συστηματα πολλων μεταβλητων που αλληλοεπηρεαζονται και ειναι εξαιρετικα ευσταθη, χωρις χαος, (και ευτυχως μαλιστα γιατι εχω αεροπορικο ταξιδι την ερχομενη βδομαδα). Ειναι η περιπτωση της ποιοτικης περιγραφης που αρνειται να κατανοησει οτι \"size matters\" και αλλαζοντας την εμφαση της περιγραφης μπορει να κανει το ποντικι ελεφαντα. Συστηματα πολλων μεταβλητων ειναι πολυπλοκα, αλλα οχι απο μονα τους χαοτικα. Και \"ειδικα οι μη γραμμικες διαφορικες\" ειναι οι μονες που μπορει να εμφανισουν χαος. Γραμμικες διαφορικες δεν φτιαχνουν χαος, αλλα ουτε και ολες οι μη γραμμικες καταληγουν σε χαος. Και σιγουρα τα λαθη συσσωρευονται με το χρονο. Αυτο παλι απο μονο του δεν φτανει, γιατι τα τυχαια λαθη συνηθως αθροιζονται στο μηδεν. Ομως τα λαθη σε χαοτικα συστηματα (που ειναι ασταθη) συσσωρευονται και μαλιστα μεγαλωνουν με το χρονο.

    Τι μαθαμε λοιπον απο ολη αυτη την συζητηση; Ο καιρος ειναι ενα χαοτικο συστημα μεγαλης πολυπλοκοτητας οπου η γνωση καποιων μοντελων και μετρησεων δεν φτανει για μια ικανοποιητικη προβλεψη σε βαθος χρονου πανω απο μερικες μερες. Συνεχεια βελτιωνουμε τις μετρησεις και τα μοντελα, αλλα ο χρονος προβλεψης δεν μεγαλωνει πολυ ευκολα. Στην αλλη πλευρα του ιδιου νομισματος ειναι οτι επειδη ακριβως ο καιρος εχει μεγαλη ευαισθησια σε εξωτερικες μεταβλητες και παραμετρους (πχ, ηλιακη δραστηριοτητα, ηφαιστιακη δραστηριοτητα, ακομα και ανθρωπινη δραστηριοτητα), ειναι δυνατον να παρατηρηθουν μεγαλες αλλαγες σε μικρο χρονικο διαστημα.

  • Bielidopoulos

    28 Μαρ 2018

    Και για όσους διψάνε για γνώση: Φυσικά οι μαθηματικοί τύποι και οι αλγόριθμοι που χρησιμοποιούνται για την πρόγνωση του καιρού είναι συστήματα μερικών διαφορικών εξισώσεων που είναι αδύνατον να επιλυθούν επακριβώς, αλλά υπολογίζονται προσεγγιστικά με μεθόδους αριθμητικής ανάλυσης. Οι υπολογισμοί βεβαίως γίνονται από υπολογιστές. Ακόμα δηλαδή και αν το μαθηματικό μοντέλο είναι αψεγάδιαστο και οι παράμετροι που υπεισέρχονται είναι απόλυτης ακρίβειας (όπως ηλιακή ακτινοβολία, μορφολογία εδάφους, υγρασία κ.λπ.) οι διαφορικές εξισώσεις, ειδικά οι μη-γραμμικές, εμφανίζουν από μόνες τους χαοτική συμπεριφορά με μικρά λάθη να συσσωρεύονται με το χρόνο. Εξαιρέσεις υπάρχουν, αλλά αφορούν ειδικές περιπτώσεις, κατόπιν απλοποιήσεων, παραδοχών και υπό περιορισμένες συνθήκες. Φανταστείτε το εξής. Μία εξίσωση συνδέει διάφορες μεταβλητές. Η κάθε μεταβλητή επηρεάζεται από τις υπόλοιπες. Μία μικρή μεταβολή της μία μεταβλητής μεταβάλλει τις υπόλοιπες μεταβλητές, αλλά στο μεταξύ αυτή η μεταβλητή που έχει μεταβληθεί επηρεάζεται από τις μεταβολές των υπόλοιπων μεταβλητών που μεταβλήθηκαν εξαιτίας της μεταβολής της. Τα καλύτερα δελτία καιρού, ακόμα και με τη χρήση υπερυπολογιστών, δεν ξεπερνούν τις 1 με 2 εβδομάδες σε ακρίβεια πρόγνωσης.
    Ο γάλλος φυσικός Leon Foucault απέδειξε πειραματικά το 1851 κάτι που ήταν ήδη γνωστό εκείνη την εποχή, ότι η Γη περιστρέφεται γύρω από τον άξονά της. Αυτό το έδειξε με το εκκρεμές του Foucault. Εάν η Γη δεν περιστρέφεται τότε το εκκρεμές θα πρέπει να ταλαντώνεται στο ίδιο κάθετο επίπεδο, κάτι που όμως δεν συμβαίνει. Αιτία είναι η δύναμη Coriolis, μία αδρανειακή δύναμη που ενεργεί σε κινούμενα αντικείμενα σχετικά με περιστρεφόμενα συστήματα αναφοράς. Στα περιστρεφόμενα συστήματα αναφοράς υπάρχει επιτάχυνση, επιτάχυνση σημαίνει επενέργεια δυνάμεων και τότε εμφανίζονται η δύναμη Coriolis και η φυγόκεντρος ως διορθωτικές παράμετροι. Αυτές οι δύο ψευδοδυνάμεις επιτρέπουν την εφαρμογή της νευτώνειας μηχανικής σε περιστρεφόμενα συστήματα, όπως για παράδειγμα η επιφάνεια της Γης.
    https://www.youtube.com/watch?v=49JwbrXcPjc