พยากรณ์อากาศกำลังจะดีขึ้นกว่าเดิม - สภาพแวดล้อม + พลังงาน 2021

ในขณะที่บางคนอาจยังคงตลกเกี่ยวกับความน่าเชื่อถือของการพยากรณ์อากาศนักอุตุนิยมวิทยามีแนวโน้มที่จะเสนอชื่อการพยากรณ์อากาศเป็นหนึ่งในเรื่องราวความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ - ความสำเร็จที่ยอดเยี่ยมของการทำงานร่วมกันในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

และตอนนี้การพยากรณ์อากาศของออสเตรเลียกำลังจะดีขึ้นด้วยดาวเทียมและซุปเปอร์คอมพิวเตอร์เครื่องใหม่

พวกเราส่วนใหญ่คิดว่าสภาพอากาศนั้นสามารถคาดการณ์ได้อย่างแม่นยำในไม่กี่วันข้างหน้า วัดจากการพยากรณ์อุณหภูมิสูงสุดและต่ำสุดในวันถัดไปมากกว่า 95% ของการพยากรณ์ที่ออกโดยสำนักงานอุตุนิยมวิทยาของออสเตรเลียได้รับการตรวจสอบความถูกต้องแม่นยำภายใน 3 องศาเซลเซียสซึ่งสะท้อนถึงการพัฒนาด้านวิทยาศาสตร์การสังเกตสภาพอากาศ 30 ปีที่ผ่านมา

แต่มันไม่เพียงเกี่ยวกับการทำให้อุณหภูมิสูงสุดถูกต้อง ความสามารถของเราในการคาดการณ์คุณสมบัติสภาพอากาศที่สำคัญได้รับการปรับปรุงอย่างมากในช่วงสามทศวรรษที่ผ่านมา

ตัวอย่างเช่นหิมะถล่มเมื่อเร็ว ๆ นี้ในนิวเซาธ์เวลส์ซึ่งทอดยาวไปทางตะวันออกเฉียงใต้ของรัฐควีนส์แลนด์ได้รับการเน้นเกือบหนึ่งสัปดาห์ข้างหน้าโดยแบบจำลองสภาพอากาศของเรา และการเปลี่ยนแปลงของลมที่มีอิทธิพลต่อพฤติกรรมการยิงในวันเสาร์แบล็กก็คือการทำนายล่วงหน้าหลายวัน การคาดการณ์เช่นนี้คงเป็นไปไม่ได้ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา

ในยุคก่อนดาวเทียมความสามารถของผู้พยากรณ์ในการวิเคราะห์ระบบสภาพอากาศถูก จำกัด ด้วยความพร้อมของการสำรวจพื้นผิวจากสถานีตรวจอากาศ มีช่องว่างข้อมูลขนาดใหญ่เช่นเหนือมหาสมุทรใต้ แผนภูมิอากาศวาดด้วยมือรวมถึงตำแหน่งของระบบแรงดันสูงและต่ำและแนวหน้าเย็น เหตุการณ์สภาพอากาศที่มีผลกระทบสูงอาจทำให้ชุมชนประหลาดใจ

ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 ดาวเทียมสภาพอากาศตัวแรกเปลี่ยนไปอย่างมากโดยส่งข้อมูลใหม่ที่สำคัญกลับสู่โลกซึ่งปรับปรุงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับรูปแบบสภาพอากาศของซีกโลกใต้

ในเวลาเดียวกันเมื่อซูเปอร์คอมพิวเตอร์กลายเป็นราคาถูกและมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นแบบจำลองเชิงตัวเลขเริ่มแทนที่การวิเคราะห์ด้วยตนเองทั้งหมดของนักพยากรณ์ในยุคแรก ๆ

ตัวแบบการพยากรณ์แก้สมการพื้นฐานของพลศาสตร์ของไหลและการถ่ายเทความร้อนเพื่อคำนวณวิวัฒนาการของชั้นบรรยากาศด้วยเวลา (หรือ“ อากาศ” หรือกล่าวอีกนัยหนึ่ง) ในขณะที่สูตรพื้นฐานสำหรับการทำเช่นนี้ขึ้นอยู่กับฟิสิกส์ของนิวตันเป็นที่รู้จักกันมานานเกือบหนึ่งศตวรรษเราต้องรอการเติบโตของพลังการคำนวณเพื่อใช้ความรู้นี้กับการพยากรณ์อากาศ

บทบาทของผู้พยากรณ์ยังคงพัฒนาต่อไปเนื่องจากทักษะการทำนายเชิงตัวเลขช่วยปรับปรุงให้ดีขึ้นและมากขึ้นและบ่อยขึ้นและมีการสังเกตการณ์มากขึ้น

กระแทกแดกดันแทนที่จะถูกท้าทายจากข้อมูลที่ จำกัด เทคนิคการพยากรณ์ที่ทันสมัยต้องรับมือกับวิธีที่ดีที่สุดในการดูดซึมเทราไบต์ของข้อมูลที่ท่วมจากแหล่งสังเกตและแบบจำลองทุกรูปแบบ

ดาวเทียมยุคหน้าของภูมิภาคของเราอยู่ในวงโคจร

อุตุนิยมวิทยาสมัยใหม่ได้รับการสนับสนุนจากดาวเทียมโดยให้การรับรู้สถานการณ์แบบเรียลไทม์เช่นตำแหน่งของพายุหมุนเขตร้อนและสัญญาณเริ่มต้นที่สำคัญในแบบจำลองสภาพอากาศ

แหล่งที่มาหลักของข้อมูลมาจากดาวเทียมที่โคจรรอบขั้วโลก สิ่งเหล่านี้ทำงานเหนือระดับโลกประมาณ 700 กม. ซึ่งสูงเป็นสองเท่าของสถานีอวกาศนานาชาติ ที่ระดับความสูงเหล่านี้การสำรวจดาวเทียมสามารถแยกส่วนตามแนวตั้งของชั้นบรรยากาศออกเผยให้เห็นสิ่งต่าง ๆ เช่นความชื้นลมและอุณหภูมิ

ดาวเทียมที่โคจรรอบขั้วโลกจะสแกนพื้นที่เดียวกันของดาวเคราะห์เพียงวันละสองครั้งเท่านั้นซึ่งหากคุณกังวลเกี่ยวกับการพัฒนาสภาพอากาศที่รุนแรงก็ไม่เพียงพอ สำหรับการอัพเดทที่บ่อยครั้งมากขึ้นสำหรับนักพยากรณ์พึ่งพาดาวเทียมในวงโคจรค้างฟ้า

ที่ระดับความสูง 35, 786 กม. เหนือเส้นศูนย์สูตรดาวเทียม geostationary มีระยะเวลาการโคจรเท่ากับการหมุนของโลกและไม่มีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างดาวเทียมกับพื้นอย่างมีประสิทธิภาพ

สำหรับการใช้งานสภาพอากาศสิ่งนี้จะช่วยให้สามารถตรวจสอบพื้นที่ที่มองเห็นดาวเทียมอย่างต่อเนื่องซึ่งเท่ากับ 40% ของพื้นผิวโลก ภาพเมฆปกคลุมที่มองเห็นได้และสีแดงจากดาวเทียมเหล่านี้มีความคุ้นเคยกับคนส่วนใหญ่โดยมีการแสดงเป็นประจำในแถลงการณ์สภาพอากาศโทรทัศน์และบนเว็บไซต์ของสำนักอุตุนิยมวิทยา

ในเดือนตุลาคมปีที่แล้วสำนักงานอุตุนิยมวิทยาของญี่ปุ่นได้เปิดตัว Himawari-8 ดาวเทียมขนาด 3.5 ตันไปสู่วงโคจรค้างฟ้าเหนือภูมิภาคแปซิฟิกตะวันตกซึ่งเป็นดาวเทียมอุตุนิยมวิทยารุ่นใหม่รุ่นแรก

มันให้การเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในความละเอียดเชิงพื้นที่และเชิงเวลาของภาพถ่ายดาวเทียมเพิ่มความละเอียดเชิงพื้นที่เป็น 500m และเพิ่มความถี่ทุก ๆ สิบนาทีทำให้นักพยากรณ์ได้รับการปรับปรุงอย่างรวดเร็วเกี่ยวกับการพัฒนาสภาพอุตุนิยมวิทยาโดยเฉพาะในพื้นที่ที่ไม่มีเรดาร์

ประโยชน์ที่สำคัญคือความสามารถในการสังเกตการก่อตัวของพายุฝนฟ้าคะนอง ประโยชน์อื่น ๆ จะเห็นได้ในการตรวจจับกำเนิดพายุหมุนเขตร้อนการตรวจจับและติดตามการเคลื่อนไหวของไฟป่าด้วยอัลกอริธึมฮ็อตสปอตการปรับปรุงการสังเกตของหมอกและการตรวจจับและการวิเคราะห์ภูเขาไฟระเบิดที่รวดเร็วขึ้น

ตั้งแต่เดือนกันยายน 2558 ภาพจาก Himawari-8 จะมีอยู่ในเว็บไซต์ของสำนัก

หนึ่งในผู้มีส่วนร่วมที่ใหญ่ที่สุดในการพยากรณ์อากาศที่ดีขึ้นคือการเพิ่มขึ้นของพลังประมวลผลซูเปอร์คอมพิวเตอร์ ซูเปอร์คอมพิวเตอร์เครื่องใหม่ของสำนักงานซึ่งสร้างโดย CRAY ซึ่งมีราคา 77 ล้านดอลลาร์ออสเตรเลียและได้รับทุนสนับสนุนจากรัฐบาลกลางจะเร็วที่สุดในออสเตรเลียเมื่อเปิดตัวในกลางปี ​​2559

แต่ไม่ใช่เพียงแค่การอัพเกรดเป็นฮาร์ดแวร์ใหม่ - การคาดการณ์ที่ดีขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับการใช้ประโยชน์จากพลังการประมวลผลที่เพิ่มขึ้น ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าสำนักจะใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์เพื่อใช้แบบจำลองพยากรณ์อากาศความละเอียดสูงรุ่นต่อไป

การพยากรณ์อากาศเริ่มต้นในโลกแห่งความจริงด้วยข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นจริงในช่วงเริ่มต้นของช่วงเวลาที่คาดการณ์ ข้อมูล - รวมถึงอุณหภูมิความชื้นความดันพื้นผิวและลม - รวบรวมจากแหล่งต่าง ๆ - ถูกป้อนเข้าสู่แบบจำลองในกระบวนการที่เรียกว่าการรวบรวมข้อมูล

เมื่อตัวแบบปรับปรุงและมีข้อมูลเพิ่มเติมเทคนิคการรวบรวมข้อมูลก็จะต้องได้รับการปรับปรุงด้วย

ในซีกโลกใต้ข้อมูลดาวเทียมสามารถสร้างได้มากกว่า 95% ของข้อมูลเชิงสังเกตการณ์ที่ถูกป้อนเข้าสู่แบบจำลองการพยากรณ์

เมื่อเร็ว ๆ นี้สำนักทดสอบแบบจำลองการพยากรณ์ต้นแบบในนิวเซาธ์เวลส์ด้วยความละเอียด 1.5 กม. และการปรับปรุงรายชั่วโมง รุ่นความละเอียดสูงประเภทนี้สามารถรวบรวมข้อมูล 10 นาทีจาก Himawari-8 และช่วยให้เราสามารถจับภาพพายุฝนฟ้าคะนองและลมทะเลที่ไม่สามารถปรับขนาดได้สำหรับระบบพยากรณ์อากาศในปัจจุบัน

แบบจำลองการคาดการณ์ใช้การสังเกตการณ์ที่มีอยู่ทั้งหมดและพัฒนาบรรยากาศจำลองในเวลาต่อมาเพื่อสร้างการพยากรณ์อากาศตามจริง

แบบจำลองนี้ทำโดยแบ่งชั้นบรรยากาศออกเป็นกล่องกริดหรือเซลล์ขนาดเล็ก แบบจำลองภูมิภาคปัจจุบันมีเซลล์ที่มีความกว้าง 12 กม. - ใหญ่เกินไปที่จะเป็นตัวแทนของเมฆแต่ละตัวซึ่งโดยทั่วไปจะมีความยาวหลายร้อยเมตร แบบจำลองนี้ประมาณกระบวนการ "sub-grid-scale" โดยใช้ฟิสิกส์

เมื่อความละเอียดของแบบจำลองเพิ่มขึ้นฟิสิกส์ระดับย่อยจะต้องมีวิวัฒนาการ นี่เป็นทั้งประโยชน์และความท้าทายสำหรับการคาดการณ์

เมื่อนำมารวมกันด้วยการถือกำเนิดของดาวเทียมใหม่ซุปเปอร์คอมพิวเตอร์และวิทยาศาสตร์ที่ก้าวหน้าประชาชนสามารถคาดหวังการเปลี่ยนแปลงขั้นตอนในการบริการพยากรณ์อากาศในทศวรรษหน้า การปรับปรุงสามารถคาดหวังในข้อมูลใกล้เวลาจริงสำหรับเหตุการณ์สภาพอากาศแฉและการปรับปรุงในระยะเวลารอคอยสำหรับการคาดการณ์ที่ช่วยเตือนการตอบสนองและความพยายามในการกู้คืนสำหรับสภาพอากาศที่รุนแรง

เช่นเดียวกับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีทุกอย่างมันเป็นไปไม่ได้ที่จะคาดการณ์ว่าบริการใหม่ ๆ บางอย่างจะเกิดขึ้นเพราะพวกเขาเชื่อมต่อกับความก้าวหน้าด้านการสื่อสารและเทคโนโลยี แต่เรารู้ว่าพวกเขาจะพัฒนาและตื่นเต้นต่อไป .