Kompjuteri i meteorologija

Kako funkcionišu matematički modeli koji nam pomažu pri stvaranju vremenske prognoze

Tokom milenijuma čovek je neprestano gledao u nebo pokušavajući da predvidi kakvo će vreme biti narednog dana, i to ne samo da bi se sklonio od nepogoda, nego i da bi uspešnije išao u lov ili uzgajao namirnice neophodne za život. Tokom vekova otkrili smo merenje temperature, brzinu vetra, atmosferski pritisak i procenat vlažnosti. Sem toga, postali smo svesni da to što je dan počeo lepo i na horizontu nema oblaka ne znači da vreme u našoj okolini ne može da se promeni veoma brzo. Za dobru i preciznu prognozu potrebno je ipak sagledavanje veće, globalne slike. Početkom 20-ih godina prošlog veka načinjeni su prvi pokušaji da se na osnovu jednačina, predloženih nekoliko decenija ranije, vremenski uslovi prikažu kroz matematički model i da se na osnovu njega izračuna vreme nekoliko dana unapred. Ispostavilo se da ideja uopšte nije loša, ali da kompleksan model, koji je dovoljno precizan da opiše vremenske uslove, zahteva previše vremena za izračunavanje da bi bio praktičan.

Modeli

Procvat moderne meteorologije neraskidivo ide pod ruku sa razvojem računara. Sredinom 50-ih godina prošlog veka prvi, glomazni kompjuteri računali su upravo vremenske prognoze, prvo na osnovu pomenutih modela iz 20-ih godina, a zatim upotrebom boljih, preciznijih jednačina. Usavršavanje sistema za izračunavanje vremenskih šema dovelo je 80-ih godina do prvih globalnih modela, koji se oslanjaju na fizičke zakone dinamike fluida, a uzimaju se u obzir i tačan hemijski sastav atmosfere, transfer toplote sa površine zemilje i sunčevo zračenje. Naravno, obraća se pažnja i na pritisak, relativnu vlažnost i padavine, a precizni modeli uračunavaju i aktivnost flore, faune, industrije i saobraćaja. Što je više izvora ovih podataka, to su modeli precizniji, ali i kompleksniji, pa zahtevaju sve moćnije računare za brzo kalkulisanje tačne prognoze. Koriste se zemaljske meteorološke stanice, kako sa tradicionalnim mernim uređajima tako i sa modernizovanim, digitalnim senzorskim sistemima. Veliki meteorološki zavodi koriste i specijalne modifikovane avione koji neprestano prikupljaju podatke dok lete i pokrivaju velika prostranstva. Zatim se koriste radarski i satelitski podaci kako bi se dobila kopletna globalna slika. Uštedu u vremenu ne donose samo kompjuterski modeli i mogućnost pravljenja simulacija, nego i sam proces automatizacije protoka podataka. Meteorolozi su inicijalno morali da se oslanjaju na sirove podatke, ali je automatizacija prenosa podataka između mernih uređaja i sistema za pravljenje modela vremenom svakako počela da olakšava posao. Tako, na primer, naučnici više ne moraju da gledaju 2D slike sa vremenskih Dopler radara, koji se koriste za osmatranje oblaka, nego se u realnom vremenu proučava 3D slika koju računarski sistem stvara na osnovu radarskih podataka. Ovakvim 3D prikazima može dodatno da se manipuliše radi preciznije prognoze padavina. Jedino ograničenje je snaga računara koji se koristi.

Zagrevanje

Razvoj modela za računanje relativno kratkotrajnih vremenskih šema doveo je i do stvaranja mnogo ozbiljnijih dugoročnih klimatskih modela. Za mnoge su ovi klimatski modeli nepobitan dokaz „globalnog zagrevanja”, koje se često pominje u medijima. Interesatno, ali upravo meteorolozi ne vole taj izraz jer suština vremenske promene nije u zagrevanju, već u povećanju nestabilnosti vremenskih prilika. Tačnije, lokalno povećanje temperature omogućava veću važnost vazduha, što rezultuje agresivnijim i obilnijim padavinama. Kako naknadno isparavanje tih padavina izaziva hlađenje, krajnji rezultat nije zagrevanje nego veća oscilacija u vremenskim prilikama. Upotrebnu vrednost ovih sistema videli smo na delu krajem oktobra, kada je uragan „Sendi” izazvao pustošenje na Karibima, u SAD i Kanadi, ali su najveći gubici, životi ljudi, na sreću ipak izbegnuti, jer su maksimalni intenzitet i kretanje oluje izračunati danima pre toga, pa je mogla da se obavi primerena evakuacija. Precizne prognoze srednje dužine od tri do pet dana ipak često nisu dovoljne za sve pripreme na oluju takvih razmera. Zato istraživači godinama ne prestaju da pokušavaju da povećaju preciznost predviđanja, jer kada su ljudski životi u pitanju, svaki sat upozorenja je značajan.

Moderna meteorologija postoji zato što postoje računari. Priroda vremenskih prilika ostaje prilično haotična, tako da istraživači uvek pokušavaju da naprave bolji i precizniji model, ali to znači potrebu za sve većim superračunarima sposobnim da obrade ogromnu količinu podataka kojom se barata kada se pravi precizna dugoročna prognoza. Srećom po meteorologe, računarska tehnologija nastavlja nezaustavljivo da napreduje. Danas u svojim domovima možemo da imamo kvalitetnije meteorološke stanice od onih koje su pre nekoliko decenija koristili profesionalni istraživači. Ko zna, možda ćemo za koju deceniju na kućnim računarima imati aplikacije koje će računati prognozu u realnom vremenu bolje nego superračunari koje meteorolozi koriste.

Dragan KOSOVAC