هواشناسی از کجا می‌فهمه فردا بارون میاد؟

فرض کن بخوای بفهمی توپی که پرت کردی کجا می‌افته. اول باید بدونی الان کجاست، با چه سرعتی می‌ره و به کدوم طرف. هوا هم همین‌جوریه. هر پیش‌بینی از وضع همین الان جو شروع می‌شه: دما، فشار، باد، رطوبت و بارش.

این‌ها رو ماهواره‌ها، بالن‌های هواشناسی، بویه‌های روی دریا، رادارها، حسگرهای روی هواپیماها و کشتی‌ها و ایستگاه‌های زمینی اندازه می‌گیرن، و بیشترشون امروز خودکارن. ابرکامپیوترهای سازمان ملی اقیانوس و جو آمریکا به‌تنهایی هر روز میلیاردها اندازه‌گیری از سراسر زمین جمع می‌کنن.

ولی وسط اقیانوس یا یه منطقه‌ی دورافتاده ممکنه هیچ اندازه‌گیری‌ای نباشه. اون‌جا خالی نمی‌مونه: اندازه‌گیری‌ها رو با آخرین پیش‌بینی قبلی ترکیب می‌کنن تا یه تصویر کامل از هوای الان دربیاد. این تصویر نقطه‌ی شروع حسابه.

مدل هواشناسی کل جو رو به جعبه‌های کوچیک تقسیم می‌کنه، هم در طول و عرض و هم رو به بالا، و برای هر جعبه دما، رطوبت و باد رو نگه می‌داره. بعد قدم‌به‌قدم جلو می‌ره. توی هر قدم با معادله‌های فیزیک حساب می‌کنه چقدر گرما، رطوبت و حرکت هوا وارد هر جعبه شده و چقدر ازش بیرون رفته، و عددهای اون جعبه رو به‌روز می‌کنه. این حساب توی صدها میلیون نقطه انجام می‌شه.

اولین کسی که این روش رو امتحان کرد، لوئیس فرای ریچاردسون بود، با دست. توی جنگ جهانی اول، وقتی توی فرانسه راننده‌ی آمبولانس بود، از روی داده‌های یه صبح مشخص از چند سال قبل، تغییر فشار و باد رو فقط برای دو نقطه حساب کرد. به برآورد پیتر لینچ، این کار حدود دو سال طول کشید. جوابش غیرواقعی درومد، ولی ایراد از داده‌های شروع بود، نه از روش. روشش اساساً همونیه که امروز به کار می‌ره.

ریچاردسون حساب کرد که برای این‌که حساب فقط پابه‌پای خود هوا جلو بره، ۶۴ هزار آدم باید هم‌زمان کار کنن، و برای به درد خوردن باید از هوا هم جلو بزنن. امروز این کار رو ابرکامپیوترها می‌کنن. هرکدوم از ابرکامپیوترهای هواشناسی آمریکا تقریباً اندازه‌ی یه اتوبوس مدرسه‌ست و توی هر ثانیه میلیون‌ها میلیارد عمل ریاضی انجام می‌ده.

حالا ببین گره کار کجاست. یه ابر یا یه رگبار از یه جعبه‌ی مدل کوچیک‌تره. پس مدل مستقیم حسابش نمی‌کنه و اثرش رو با معادله‌های تقریبی برآورد می‌کنه. برای همین جعبه‌ها رو تا حدود یه کیلومتر و نیم کوچیک کردن و مدل‌هایی با جعبه‌های چندصدمتری برای اندازه‌ی یه شهر در حال ساختن.

گره دوم بزرگ‌تره. جو آشوبناکه، یعنی یه خطای خیلی کوچیک توی داده‌های شروع می‌تونه خیلی سریع بزرگ بشه. و هیچ اندازه‌گیری‌ای کاملاً بی‌خطا نیست، پس همین خطای کوچیک، قدم‌به‌قدم بزرگ‌تر می‌شه.

برای همین پیش‌بینی پنج روز بعد حدود نه بار از ده بار درست درمیاد، ولی پیش‌بینی ده روز بعد فقط تقریباً یکی در میون. یه سقف هم هست. یه پژوهش نشون داد حتی با داده‌های شروع تقریباً بی‌نقص، پیش‌بینی هوای روزبه‌روز به‌طور میانگین فقط حدود دو هفته جلوتر رو می‌تونه ببینه.

هواشناس‌ها از همین خطا استفاده می‌کنن. مرکز اروپایی پیش‌بینی هوا هر پیش‌بینی رو ۵۱ بار اجرا می‌کنه، هر بار با شروعی کمی متفاوت. به این کار می‌گن پیش‌بینی گروهی. هرچی اجراها بیشتر با هم موافق باشن، به نتیجه بیشتر می‌شه اعتماد کرد، و احتمال هم از همین اجراها درمیاد.

توی سازمان هواشناسی آمریکا، احتمال بارش یعنی شانس این‌که توی یه بازه‌ی مشخص، دست‌کم یه ذره بارون توی همون نقطه بباره. پس این عدد مال همون نقطه‌ست، نه سهم منطقه‌ای که خیس می‌شه. پیش‌بینی هم وقتی قابل اعتماده که اگه برای ده روز گفته باشه هشتاد درصد احتمال بارون، توی حدود هشت تا از اون روزها واقعاً بارون بیاد.