Laika prognozēšana — gan zinātne, gan māksla

NO ATMOSTIETIES! KORESPONDENTA LIELBRITĀNIJĀ

1987. GADA 15. OKTOBRĪ KĀDA LIELBRITĀNIJAS IEDZĪVOTĀJA PIEZVANĪJA TELEVĪZIJAI UN PAZIŅOJA: VIŅA ESOT DZIRDĒJUSI, KA TUVOJOTIES VĒTRA. SINOPTIĶIS SKATĪTĀJUS MIERINĀJA, SACĪDAMS: ”NEUZTRAUCIETIES! NEKĀDAS VĒTRAS NEBŪS.” TOMĒR TAJĀ PAŠĀ NAKTĪ ANGLIJAS DIENVIDU DAĻU PIEMEKLĒJA TIK SPĒCĪGA VĒTRA, KA TAJĀ AIZGĀJA BOJĀ 19 CILVĒKI, TIKA IZNĪCINĀTI 15 MILJONI KOKU UN TIKA NODARĪTI POSTĪJUMI PAR VAIRĀK NEKĀ 1,4 MILJARDIEM DOLĀRU.

KATRU rītu miljoniem cilvēku ieslēdz radio vai televizoru, lai noklausītos laika ziņas. Vai apmākusies debess sola lietu? Vai saulains laiks saglabāsies visu dienu? Vai temperatūras celšanās nozīmē, ka gaidāms atkusnis? Noklausījušies laika ziņas, cilvēki izlemj, ko vilkt mugurā un vai ņemt līdzi lietussargu vai ne.

Tomēr laiku pa laikam gadās, ka sinoptiķu prognozes nepiepildās. Kaut arī pēdējos gados sinoptikā, kas ir viena no meteoroloģijas nozarēm, ir panākts ievērojams progress, laika prognozes, kuru sastādīšanā apvienojas gan zinātne, gan sinoptiķu prasme un pieredze, joprojām nevar pretendēt uz absolūtu precizitāti. Kā tiek sastādītas laika prognozes, un cik droši uz tām var paļauties? Lai atbildētu uz šiem jautājumiem, ielūkosimies sinoptikas vēsturē.

Meteoroloģisko mēraparātu izgudrošana

Bībeles laikos laika prognozēšana galvenokārt balstījās uz novērojumiem, kas tika izdarīti ar neapbruņotu aci. (Mateja 16:2, 3.) Savukārt mūsdienās meteorologiem ir pieejama sarežģīta aparatūra, ar kuru tiek izdarīti dažādi mērījumi. Vienkāršākie no tiem ir atmosfēras spiediena, gaisa temperatūras un mitruma, kā arī vēja ātruma un virziena mērījumi.

1643. gadā itāliešu fiziķis Evandželista Torričelli izgudroja barometru — vienkāršu instrumentu atmosfēras spiediena mērīšanai. Drīz tika konstatēts, ka, mainoties laikam, mainās atmosfēras spiediens un ka spiediena kritums bieži liecina par vētras tuvošanos. 1664. gadā tika radīts higrometrs, kas mērīja gaisa mitrumu. Bet 1714. gadā vācu fiziķis Daniels Fārenheits izgudroja dzīvsudraba termometru, kas ļāva precīzi noteikt temperatūru.

Ap 1765. gadu franču zinātnieks Antuāns Lorāns Lavuazjē ierosināja mērīt atmosfēras spiedienu, gaisa mitrumu un vēja ātrumu un virzienu katru dienu. ”Iegūtā informācija mums gandrīz vienmēr ļaus ar lielāku vai mazāku precizitāti prognozēt laikapstākļus dienai vai divām uz priekšu,” viņš paziņoja. Taču praksē viss izrādījās daudz sarežģītāk.

Jaunas novērošanas metodes

1854. gadā netālu no Balaklavas ostas, kas atrodas Krimas pussalā, spēcīgā vētrā aizgāja bojā viens franču karakuģis un 38 tirdzniecības kuģi. Francijas valdība lūdza šo gadījumu izpētīt Parīzes observatorijas direktoram Irbēnam Žanam Leverjē. Pārbaudījis meteoroloģiskos ziņojumus, Leverjē atklāja, ka vētra bija izveidojusies jau divas dienas pirms traģiskā notikuma un bija šķērsojusi Eiropu virzienā no ziemeļrietumiem uz dienvidaustrumiem. Ja būtu izveidota sistēma, kas ļautu novērot vētru pārvietošanos, kuģi būtu laicīgi brīdināti. Drīz pēc tam Francijā tika nodibināts vētras brīdinājumu dienests. Šī dienesta izveidošana iezīmēja modernās meteoroloģijas piedzimšanu.

Taču bija nepieciešams ātrāks veids, kā zinātniekiem saņemt meteoroloģiskos datus no dažādām vietām. Šo problēmu palīdzēja atrisināt Semjuela Morzes nesen izgudrotais elektriskais telegrāfs. Izmantojot pa telegrāfu saņemtos datus, Parīzes observatorija 1863. gadā sāka publicēt pirmās laika kartes. 1872. gadā ar to sāka nodarboties arī Lielbritānijas meteoroloģijas birojs.

Jo vairāk datu meteorologi ieguva, jo skaidrāk viņi apzinājās, cik ļoti sarežģīti ir laikapstākļu veidošanās procesi. Tika ieviestas jaunas ierīces datu grafiskai attēlošanai, un kartes tika papildinātas ar jaunu informāciju. Piemēram, kartēs parādījās izobāras, līnijas, kas savieno punktus ar vienādu atmosfēras spiedienu, un izotermas, līnijas, kas savieno vietas ar vienādu temperatūru. Tika ieviesti arī simboli vēja virziena un stipruma apzīmēšanai, kā arī līnijas, kas attēlo robežas starp siltā un aukstā gaisa masām.

Pakāpeniski radās arī dažādas sarežģītas ierīces. Mūsdienās visā pasaulē ir simtiem meteoroloģisko staciju, kurās tiek laisti atmosfērā meteoroloģiskie baloni ar radiozondēm — aparātiem, kas izdara dažādus mērījumus un savāktos datus noraida ar radioviļņu palīdzību uz zemi. Sinoptikā tiek lietots arī radars. Izmantojot attēlus, kas tiek iegūti, radioviļņiem atstarojoties no lietus lāsēm un ledus daļiņām mākoņos, sinoptiķi var novērot vētru pārvietošanos.

Liels solis uz priekšu daudz precīzāku laika prognožu sastādīšanā tika sperts 1960. gadā, kad kosmosā tika palaists pasaulē pirmais meteoroloģiskais pavadonis ”TIROS-1” ar televīzijas kameru. Mūsdienās tiek izmantoti gan tādi meteoroloģiskie pavadoņi, kuri riņķo ap Zemi pa polārām orbītām, gan pavadoņi ar ģeostacionāro orbītu, kuri nemaina savu stāvokli attiecībā pret Zemi un pastāvīgi seko meteoroloģiskajiem procesiem teritorijā, kas atrodas to redzeslaukā. Abi šie pavadoņi no augšas uzņemto laikapstākļu attēlus noraida uz zemi.

Laikapstākļu prognozēšana

Skaidri zināt, kāds ir laiks patlaban, ir viens, bet pateikt, kāds tas būs pēc stundas, dienas vai nedēļas, — pavisam kas cits. Īsi pēc Pirmā pasaules kara britu meteorologs Lūiss Ričardsons nonāca pie šāda secinājuma: ja reiz atmosfērā notiekošie procesi ir pakļauti fizikas likumiem, laika prognozēšanā varētu izmantot matemātiku. Taču formulas bija tik sarežģītas un aprēķini prasīja tik daudz laika, ka skaitļošana vēl nebija beigusies, kad atmosfēras frontes jau bija mainījušas savu vietu. Turklāt L. Ričardsons izmantoja datus, kas bija iegūti, izdarot mērījumus ik pa sešām stundām. ”Lai sastādītu daudzmaz precīzu laika prognozi, mērījumus nedrīkst izdarīt retāk kā reizi trīsdesmit minūtēs,” norāda franču meteorologs Renē Šabū.

Līdz ar datoru parādīšanos apjomīgos aprēķinus bija iespējams izdarīt īsākā laikā. Sinoptiķi izmantoja L. Ričardsona izstrādāto sistēmu, lai izveidotu komplicētu matemātisku modeli — matemātisku vienādojumu virkni, kas aptver visus zināmos fizikas likumus, kādi nosaka laikapstākļus.

Lai sastādītu laika prognozes ar šo vienādojumu palīdzību, sinoptiķi zemes virsmu ir sadalījuši sektoros, kas kopā veido pasaules mēroga tīklu. Globālajā modelī, ko izmanto Lielbritānijas meteoroloģiskais birojs, tīkla atbalsta punkti atrodas aptuveni 80 kilometru atstatumā cits no cita. Katrā sektorā vēja ātrums un virziens, atmosfēras spiediens, kā arī gaisa temperatūra un mitrums tiek mērīti 20 dažādos augstumos. Pēc tam no novērošanas stacijām saņemtie dati (šādu staciju visā pasaulē ir vairāk nekā 3500) ar datoru tiek apstrādāti un tiek sastādīta globālā laika prognoze turpmākajām 15 minūtēm. Tiklīdz tas ir izdarīts, tiek gatavota prognoze nākamajām 15 minūtēm. Atkārtojot šo procesu atkal un atkal, dators 15 minūšu laikā var sastādīt globālo laika prognozi sešām dienām.

Lai sastādītu pēc iespējas detalizētākas un precīzākas vietējo laikapstākļu prognozes, Lielbritānijas meteoroloģiskais birojs izmanto mazāku modeli, kas aptver Atlantijas okeāna ziemeļu daļu un Eiropu. Tajā tīkla atbalsta punkti atrodas apmēram 50 kilometru attālumā cits no cita. Tiek izmantots arī modelis, kas aptver tikai Britu salas un apkārtējās jūras. Tajā ir 262 384 tīkla atbalsta punkti, un mērījumi tiek izdarīti 31 augstumā.

Sinoptiķu nozīme prognožu gatavošanā

Taču laika prognozēšana nav tikai sausa zinātne. Kā teikts enciklopēdijā The World Book Encyclopedia, ”datoros ievadītās formulas ietver sevī tikai aptuvenu atmosfēras norišu raksturojumu”. Var gadīties, ka, sastādot precīzu laika prognozi plašākai teritorijai, netiek ņemta vērā kāda konkrēta apvidus ietekme uz laikapstākļiem. Tāpēc, lai sekmīgi prognozētu gaidāmo laiku, ir nepieciešama arī sava daļa mākslas, un šajā jomā neaizstājami ir sinoptiķi. Viņi izmanto savu pieredzi un spriestspēju, lai noteiktu, ko īsti nozīmē saņemtie dati. Pateicoties sinoptiķu darbam, tiek iegūtas daudz precīzākas laika prognozes.

Piemēram, kad aukstais gaiss, kas atrodas virs Ziemeļjūras, virzās pāri Eiropai, parasti izveidojas plāna mākoņu kārtiņa. Vai šie mākoņi Eiropas kontinentālajā daļā nākamajā dienā sola lietu, vai saule tos vienkārši iztvaicēs, ir atkarīgs no dažām grāda desmitdaļām. Meteoroloģiskie dati līdz ar sinoptiķu pieredzi, kas uzkrāta līdzīgās situācijās, ļauj viņiem izteikt diezgan drošas prognozes. Tātad precīzu laika prognožu tapšanā vienlīdz liela nozīme ir kā zinātnei, tā arī sinoptiķu prasmei un pieredzei.

Cik uzticamas ir laika prognozes?

Tiek uzskatīts, ka patlaban Lielbritānijas meteoroloģiskā biroja diennakts laika prognozes piepildās par 86 procentiem. Piecu dienu prognozes, ko sastāda Eiropas vidēja laika sprīža prognožu centrs, ir precīzas par 80 procentiem — salīdzinājumam var minēt, ka septiņdesmito gadu sākumā divu dienu prognozes bija mazāk precīzas. Sasniegtie rezultāti ir iespaidīgi, tomēr nav pilnīgi. Kāpēc pašlaik nav iespējams panākt lielāku precizitāti?

Tas nav iespējams tāpēc, ka laikapstākļu veidošanās sistēmas ir ārkārtīgi sarežģītas un nav iespējams izdarīt visus mērījumus, kas nepieciešami pilnīgi nekļūdīgas prognozes sastādīšanai. Okeānos ir plašas teritorijas bez nevienas meteoroloģiskās bojas — ierīces, kas izdara mērījumus un iegūtos datus caur pavadoni noraida uz sauszemi. Tāpat tikai retos gadījumos laikapstākļu modeļu tīkla atbalsta punkti atbilst vietām, kur ir izveidotas novērošanas stacijas. Turklāt zinātnieki vēl joprojām neizprot visus dabas spēkus, kas veido laikapstākļus.

Tomēr sinoptika nemitīgi progresē. Piemēram, vēl nesen laika prognozēšana galvenokārt balstījās uz atmosfēras novērojumiem. Bet, tā kā 71 procentu zemeslodes virsmas aizņem okeāni un jūras, zinātnieki ir sākuši pievērst uzmanību tam, kā enerģija, ko rada okeāni, atsaucas uz atmosfēras procesiem. Izmantojot meteoroloģiskās bojas, Globālā okeānu novērošanas sistēma sniedz informāciju par rajoniem, kuros ir novērojama kaut neliela ūdens temperatūras celšanās, jo tas var dramatiski ietekmēt laikapstākļus pavisam citā pasaules malā.a

Patriarhs Ījabs savulaik jautāja: ”Kas var izdibināt, kā mākoņi izplešas plašumā, un pērkona dārdus no Viņa [Dieva] paša telts?” (Ījaba 36:29.) Mūsdienās cilvēki joprojām zina samērā maz par laikapstāļu veidošanos. Tomēr modernās sinoptikas sniegtā informācija ir pietiekami precīza, lai pret to izturētos nopietni. Citiem vārdiem sakot, kad sinoptiķis nākamreiz teiks, ka ir gaidāms lietus, labāk paķeriet līdzi lietussargu!

[Zemsvītras piezīme]

[Attēli 13. lpp.]

I. Leverjē

E. Torričelli

A. Lavuazjē savā laboratorijā

Senlaicīgs stikla termometrs

[Norādes par autortiesībām]

I. Leverjē, A. Lavuazjē un E. Torričelli: Brown Brothers

Termometrs: © G. Tomsich, Science Source/Photo Researchers

[Attēli 15. lpp.]

Pavadoņi, meteoroloģiskie baloni un datori ir dažas no sinoptiķu izmantotajām ierīcēm

[Norādes par autortiesībām]

2. un 15. lappuse: Pavadonis: NOAA/Department of Commerce; viesuļvētra: NASA photo

Commander John Bortniak, NOAA Corps