Ar atmosferą galima patikimai prognozuoti 129 dienas?

Įsivaizduokite, kad pabundate ir randate orų prognozę, kuri išlieka reikšminga po keturių mėnesių. Skamba kaip mokslinė fantastika. Tačiau naujas tyrimas teigia, kad gali egzistuoti griežta fizikinė riba, kiek ilgai atmosfera gali saugoti naudingą informaciją, apie 129 dienas.

Ilgo nuotolio prognozuojamumo klausimas yra toks pat senas kaip ir skaitmeninė orų prognozė. Nuo 1950-ųjų meteorologai ir teoretikai nagrinėja, kaip smulkios pradinės sąlygų klaidos išauga į dideles prognozių klaidas. Šis metodas, stebint klaidų augimą, daug ko mus išmokė, tačiau jis palieka akląją dėmę: kas nutiktų, jei tos klaidos būtų daug mažesnės nei bet kas, ką šiandien galime išmatuoti?

Du atmosferos mokslininkai prie problemos priėjo kitaip. Vietoj klaidų sekimo jie sekė energiją. Jei žinotumėte atmosferos būseną idealiai ir suprastumėte jos veikiančius fizikos dėsnius, kas galėtų sunaikinti tą žinojimą? Nustebinantis kaltininkas yra saulės šviesa, ne jos šiluma, o kvantinės skalės neapibrėžtumas, kurį atneša įeinantys fotonai.

Saulės fotonai turi fazes, kurios kvantiniu lygiu yra iš esmės nežinomos. Šios smulkios nežinomybės per spinduliavimą įsijungia į atmosferą, o vėliau maišomos ir sustiprinamos vėjų, konvekcijos ir cheminių procesų. Laikui bėgant ši neapibrėžtumo sritis plinta ir pakeičia pradinės, idealiai žinomos būsenos atmintį. Tyrėjai šį momentą vadina energijos apvertimo tašku, tai yra akimirka, kai atmosferos vidinis prognozuojamumas išeikvojamas.

Vykdydami bendro atmosferos energijos, saulės įnašo ir realistiškų stebėjimo netikslumų apskaičiavimus, tyrėjai gavo vidinį prognozuojamumo ribą maždaug 129 ± 7 dienų. Šis skaičius gerokai viršija maždaug dviejų savaičių ribą, kuria pasižymi dabartinės tiksliausios prognozės. Tačiau tai nereiškia vienodo aiškumo visą tą papildomą laikotarpį. Pagal jų analizę tik maždaug pusė to pratęsimo suteiktų iš tiesų naudingas gaires. Pavyzdžiui, tokio lygio užtikrintumas, kurio dabar tikimės penkių dienų prognozei, teoriškai galėtų išsilaikyti maždaug iki 62 dienų, po to pasitikėjimas silpsta.

Darbas, paskelbtas Advances in Atmospheric Sciences, yra Dr. Wei Zhang iš Majamio universiteto ir NOAA Bendradarbiaujančio jūrų ir atmosferos tyrimų instituto kartu su Dr. Zoltanu Toth, buvusiu NOAA darbuotoju. Rezultatas suteikia teorinę ribą vidiniam prognozuojamumui, tačiau išoriniai veiksniai, tokie kaip vulkanų išsiveržimai ar staigūs vandenynų pokyčiai, ir toliau nustatytų savo apribojimus.

Tokia teorija keičia siekius. Ji suteikia etaloną: tolimą horizontą, kuris atskiria, ką leidžia fizika, nuo to, ką turi pasiekti mūsų instrumentai ir modeliai. Dabar autoriai ir kiti mokslininkai rengia nepriklausomus įverčius, kad patikrintų idėją. Jei 129 dienų skaičius pasitvirtins, tai bus tiek kvietimas, tiek iššūkis prognozavimo mokslui, kiek toli stengsimės pasiekti tą horizontą?