พยากรณ์อากาศ

พยากรณ์อากาศ

พยากรณ์อากาศ คือการประยุกต์ใช้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเพื่อทำนายสภาพของบรรยากาศสำหรับสถานที่และเวลาที่กำหนด ผู้คนพยายามทำนายสภาพอากาศอย่างไม่เป็นทางการมานานนับพันปีและเป็นทางการตั้งแต่ศตวรรษที่ 19 การพยากรณ์อากาศทำได้โดยการรวบรวมข้อมูลเชิงปริมาณเกี่ยวกับสถานะปัจจุบันของบรรยากาศ ณ สถานที่หนึ่ง ๆ และใช้อุตุนิยมวิทยาเพื่อคาดการณ์ว่าบรรยากาศจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร face

เมื่อคำนวณด้วยมือโดยอาศัยการเปลี่ยนแปลงของความกดอากาศสภาพอากาศในปัจจุบันและสภาพท้องฟ้าหรือเมฆปกคลุมตอนนี้การพยากรณ์อากาศอาศัยแบบจำลองที่ใช้คอมพิวเตอร์ซึ่งคำนึงถึงปัจจัยบรรยากาศหลายอย่าง การป้อนข้อมูลของมนุษย์ยังคงจำเป็นในการเลือกแบบจำลองการคาดการณ์ที่ดีที่สุดเพื่อใช้เป็นฐานการคาดการณ์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับทักษะการจดจำรูปแบบการเชื่อมต่อระยะไกลความรู้เกี่ยวกับประสิทธิภาพของโมเดลและความรู้เกี่ยวกับอคติของโมเดล  joker ความไม่ถูกต้องของการพยากรณ์เกิดจากลักษณะที่สับสนวุ่นวายของบรรยากาศพลังการคำนวณขนาดใหญ่ที่จำเป็นในการแก้สมการที่อธิบายชั้นบรรยากาศข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องกับการวัดสภาพเริ่มต้นและความเข้าใจที่ไม่สมบูรณ์เกี่ยวกับกระบวนการในชั้นบรรยากาศ ดังนั้นการคาดการณ์จึงมีความแม่นยำน้อยลงเนื่องจากความแตกต่างระหว่างเวลาปัจจุบันและเวลาที่มีการคาดการณ์ (ช่วงของการคาดการณ์) เพิ่มขึ้น การใช้วงดนตรีและฉันทามติแบบจำลองช่วย จำกัด ข้อผิดพลาดและเลือกผลลัพธ์ที่เป็นไปได้มากที่สุด

มีการใช้งานปลายทางที่หลากหลายในการพยากรณ์อากาศ คำเตือนสภาพอากาศเป็นการคาดการณ์ที่สำคัญเนื่องจากใช้เพื่อปกป้องชีวิตและทรัพย์สิน PG SLOTการคาดการณ์ตามอุณหภูมิและปริมาณฝนมีความสำคัญต่อการเกษตรดังนั้นสำหรับผู้ค้าในตลาดสินค้าโภคภัณฑ์ บริษัทสาธารณูปโภคใช้การคาดการณ์อุณหภูมิเพื่อประมาณความต้องการในอีกไม่กี่วันข้างหน้า ในชีวิตประจำวันหลายคนใช้การพยากรณ์อากาศเพื่อกำหนดสิ่งที่ควรสวมใส่ในวันนั้น ๆ เนื่องจากกิจกรรมกลางแจ้งถูกลดทอนลงอย่างรุนแรงจากฝนตกหนักหิมะและลมหนาวจึงสามารถใช้การคาดการณ์เพื่อวางแผนกิจกรรมต่าง ๆ ในงานเหล่านี้และวางแผนล่วงหน้าและอยู่รอดได้ การพยากรณ์อากาศเป็นส่วนหนึ่งของเศรษฐกิจตัวอย่างเช่นในปี 2552 สหรัฐฯใช้เงินประมาณ 5.1 พันล้านดอลลาร์ในการพยากรณ์อากาศซึ่งให้ผลประโยชน์ประมาณ 6 เท่า

การพยากรณ์ในสมัยโบราณ

ผู้คนพยายามพยากรณ์อากาศเป็นเวลานับพันปี ใน 650 ก่อนคริสตศักราชชาวบาบิโลนทำนายสภาพอากาศจากรูปแบบเมฆเช่นเดียวกับโหราศาสตร์ ประมาณ 350 ก่อนคริสตศักราชอริสโตเติลอธิบายรูปแบบสภาพอากาศใน Meteorologica ต่อมาธีโอฟราสทัสได้รวบรวมหนังสือเกี่ยวกับการพยากรณ์อากาศเรียกว่า Book of Signs ตำนานการทำนายสภาพอากาศของจีนขยายไปอย่างน้อยที่สุดเมื่อย้อนกลับไปถึง 300 ก่อนคริสตศักราช ซึ่งเป็นช่วงเวลาเดียวกันกับที่นักดาราศาสตร์ชาวอินเดียโบราณได้พัฒนาวิธีการทำนายสภาพอากาศ ในสมัยพระคัมภีร์ใหม่พระเยซูทรงอ้างถึงการถอดรหัสและทำความเข้าใจรูปแบบสภาพอากาศในท้องถิ่นโดยกล่าวว่า “เมื่อถึงเวลาเย็นคุณจะพูดว่า อากาศจะสดใสเพราะท้องฟ้าเป็นสีแดงและในตอนเช้า วันนี้จะ จะมีพายุเพราะท้องฟ้าเป็นสีแดงและมืดครึ้ม คุณรู้วิธีตีความรูปลักษณ์ของท้องฟ้า แต่คุณไม่สามารถตีความหมายของเวลาได้”

ในปี 904 CE, Nabatean Agriculture ของ Ibn Wahshiyya  Casino แปลเป็นภาษาอาหรับจากงานอราเมอิกก่อนหน้านี้ กล่าวถึงการพยากรณ์อากาศเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของบรรยากาศและสัญญาณจากการเปลี่ยนแปลงของดาวเคราะห์ สัญญาณของฝนขึ้นอยู่กับการสังเกตระยะของดวงจันทร์ และการพยากรณ์อากาศตามการเคลื่อนไหวของลม

วิธีการพยากรณ์อากาศแบบโบราณมักอาศัยรูปแบบของเหตุการณ์ที่สังเกตได้และเรียกว่าการจดจำรูปแบบ ตัวอย่างเช่นอาจสังเกตได้ว่าหากพระอาทิตย์ตกเป็นสีแดงเป็นพิเศษในวันถัดไปมักจะมีอากาศแจ่มใส ประสบการณ์นี้สั่งสมมาหลายชั่วอายุคนเพื่อสร้างตำนานเกี่ยวกับสภาพอากาศ อย่างไรก็ตามการคาดการณ์เหล่านี้ ไม่ได้พิสูจน์ความน่าเชื่อถือทั้งหมดและจากนั้นก็พบว่ามีหลายคนที่ไม่ยืนหยัดกับการทดสอบทางสถิติที่เข้มงวด

วิธีการที่ทันสมัย ​

Royal Charter SLOT จมลงในพายุปี 1859 ซึ่งกระตุ้นให้มีการพยากรณ์อากาศสมัยใหม่ จนกระทั่งการประดิษฐ์โทรเลขไฟฟ้าในปี พ.ศ. 2378 ยุคใหม่ของการพยากรณ์อากาศได้เริ่มขึ้น ก่อนหน้านั้นรายงานสภาพอากาศระยะไกลที่เร็วที่สุดสามารถเดินทางได้คือประมาณ 160 กิโลเมตรต่อวัน (100 ไมล์ / วัน) แต่โดยปกติจะมากกว่า 60–120 กิโลเมตรต่อวัน (40–75 ไมล์ / วัน) (ไม่ว่าจะเป็นทางบกหรือทางทะเล) ในช่วงปลายทศวรรษที่ 1840 โทรเลขอนุญาตให้รับรายงานสภาพอากาศจากบริเวณกว้างได้เกือบจะในทันที [14] ทำให้สามารถคาดการณ์ได้จากความรู้เรื่องสภาพอากาศ

ชายสองคนให้เครดิตกับการเกิดของการพยากรณ์ในฐานะวิทยาศาสตร์คือเจ้าหน้าที่ของราชนาวีฟรานซิสโบฟอร์ตและโรเบิร์ตฟิตซ์รอยผู้พิทักษ์ของเขา ทั้งสองเป็นชายผู้มีอิทธิพลในแวดวงทหารเรือและรัฐบาลอังกฤษและแม้ว่าจะถูกเยาะเย้ยในสื่อในเวลานั้น แต่งานของพวกเขาก็ได้รับความน่าเชื่อถือทางวิทยาศาสตร์ได้รับการยอมรับจากกองทัพเรือและเป็นพื้นฐานสำหรับความรู้ด้านการพยากรณ์อากาศในปัจจุบันทั้งหมด โบฟอร์ตได้พัฒนา Wind Force Scale และ Weather Notation coding คาสิโน ซึ่งเขาจะใช้ในวารสารของเขาไปตลอดชีวิต นอกจากนี้เขายังส่งเสริมการพัฒนาตารางน้ำขึ้นน้ำลงที่เชื่อถือได้รอบชายฝั่งอังกฤษและวิลเลียมวีเวลล์เพื่อนของเขาได้ขยายการเก็บบันทึกสภาพอากาศที่สถานียามชายฝั่งของอังกฤษ 200 แห่ง

โรเบิร์ตฟิตซ์รอยได้รับการแต่งตั้งในปี พ.ศ. 2397 เป็นหัวหน้าแผนกใหม่ภายในคณะกรรมการการค้าเพื่อจัดการกับการรวบรวมข้อมูลสภาพอากาศในทะเลเพื่อให้บริการแก่นักเดินเรือ นี่คือผู้บุกเบิกสำนักงานอุตุนิยมวิทยาสมัยใหม่ กัปตันเรือทุกคนได้รับมอบหมายให้รวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับสภาพอากาศและคำนวณโดยใช้เครื่องมือทดสอบที่ยืมมาเพื่อจุดประสงค์นี้ พายุในปี 1859 ซึ่งทำให้เกิดการสูญเสีย Royal Charter เป็นแรงบันดาลใจให้ FitzRoy พัฒนาแผนภูมิเพื่อให้สามารถคาดการณ์ได้ซึ่งเขาเรียกว่า “พยากรณ์อากาศ” จึงบัญญัติคำว่า “พยากรณ์อากาศ”

มีการจัดตั้งสถานีบกสิบห้าแห่งเพื่อใช้โทรเลขในการส่งรายงานสภาพอากาศประจำวันให้เขาตามเวลาที่กำหนดซึ่งนำไปสู่บริการเตือนพายุครั้งแรก บริการแจ้งเตือนการเดินเรือของเขาเริ่มขึ้นในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2404 โดยใช้การสื่อสารทางโทรเลข การพยากรณ์อากาศประจำวันฉบับแรกตีพิมพ์ใน The Times  PGSLOT ในปี 1861 ในปีถัดมามีการนำระบบเตือนภัยพายุชักรอกที่ท่าเรือหลักเมื่อคาดว่าจะเกิดพายุ “หนังสือพยากรณ์อากาศ”

เมื่อเครือข่ายโทรเลขไฟฟ้าขยายตัวทำให้สามารถเผยแพร่คำเตือนได้อย่างรวดเร็วมากขึ้นเครือข่ายสังเกตการณ์ระดับชาติจึงได้รับการพัฒนาซึ่งสามารถใช้เพื่อให้การวิเคราะห์แบบซินคอปติกได้ เครื่องมือในการบันทึกการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องของพารามิเตอร์ทางอุตุนิยมวิทยาโดยใช้ภาพถ่ายถูกส่งไปยังสถานีสังเกตการณ์จาก Kew Observatory กล้องเหล่านี้ถูกคิดค้นโดย Francis Ronalds ในปี 1845 และ FitzRoy เคยใช้ barograph ของเขามาก่อน ในการถ่ายทอดข้อมูลที่ถูกต้องในไม่ช้าก็จำเป็นต้องมีคำศัพท์มาตรฐานที่อธิบายถึงกลุ่มเมฆ สิ่งนี้ประสบความสำเร็จโดยการจำแนกประเภทเป็นครั้งแรกโดย Luke Howard ในปี 1802 และได้รับมาตรฐานใน International Cloud Atlas ในปีพ. ศ. 2439

การทำนายตัวเลข

จนกระทั่งศตวรรษที่ 20 ความก้าวหน้าในความเข้าใจฟิสิกส์ชั้นบรรยากาศนำไปสู่รากฐานของการทำนายสภาพอากาศด้วยตัวเลขสมัยใหม่ ในปีพ. ศ. 2465 Lewis Fry Richardson SA GAMING นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้ตีพิมพ์ “Weather Prediction By Numerical Process” หลังจากพบบันทึกและอนุพันธ์ที่เขาทำงานในฐานะคนขับรถพยาบาลในสงครามโลกครั้งที่ 1 เขาอธิบายว่าคำศัพท์เล็ก ๆ น้อย ๆ ในสมการพลศาสตร์เชิงพยากรณ์ของไหลที่ควบคุม การไหลของบรรยากาศอาจถูกละเลยและอาจมีการวางแผนรูปแบบความแตกต่างที่ จำกัด ในเวลาและอวกาศเพื่อให้สามารถหาโซลูชันการทำนายเชิงตัวเลขได้

ริชาร์ดสันจินตนาการถึงหอประชุมขนาดใหญ่ที่มีผู้คนหลายพันคนทำการคำนวณและส่งต่อให้คนอื่น ๆ อย่างไรก็ตามจำนวนการคำนวณที่แท้จริงที่ต้องใช้นั้นใหญ่เกินกว่าที่จะทำให้เสร็จได้โดยไม่ต้องใช้คอมพิวเตอร์และขนาดของตารางและขั้นตอนเวลาทำให้เกิดผลลัพธ์ที่ไม่สมจริงในระบบที่ลึกขึ้น พบในภายหลังจากการวิเคราะห์เชิงตัวเลขว่านี่เป็นเพราะความไม่แน่นอนของตัวเลข การพยากรณ์อากาศด้วยระบบคอมพิวเตอร์ครั้งแรกดำเนินการโดยทีมงานซึ่งประกอบด้วยนักอุตุนิยมวิทยาชาวอเมริกัน Jule Charney, Philip Thompson, Larry Gates และนักอุตุนิยมวิทยาชาวนอร์เวย์ Ragnar Fjørtoftนักคณิตศาสตร์ประยุกต์ John von Neumann และโปรแกรมเมอร์ ENIAC Klara Dan von Neumann การใช้การทำนายสภาพอากาศเชิงตัวเลขในทางปฏิบัติเริ่มขึ้นในปีพ. ศ. 2498 โดยได้รับแรงกระตุ้นจากการพัฒนาคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์แบบตั้งโปรแกรมได้

แบบจำลองคาดการณ์ได้อย่างไร

แนวคิดพื้นฐานของการทำนายสภาพอากาศเชิงตัวเลขคือการสุ่มตัวอย่างสถานะของของเหลวในช่วงเวลาที่กำหนดและใช้สมการพลศาสตร์ของของไหลและอุณหพลศาสตร์เพื่อประมาณสถานะของของเหลวในบางเวลาในอนาคต ปัจจัยการผลิตหลักจากบริการสภาพอากาศในประเทศคือการสังเกตพื้นผิวจากสถานีตรวจอากาศอัตโนมัติที่ระดับพื้นดินบนบกและจากทุ่นตรวจอากาศในทะเล องค์การอุตุนิยมวิทยาโลกทำหน้าที่ในการกำหนดมาตรฐานของเครื่องมือสังเกตแนวทางปฏิบัติและกำหนดเวลาของการสังเกตการณ์เหล่านี้ทั่วโลก สถานีรายงานทุกชั่วโมงในรายงาน METAR SLOTXO หรือทุกหกชั่วโมงในรายงาน SYNOP ไซต์จะปล่อยคลื่นวิทยุซึ่งพุ่งขึ้นผ่านความลึกของโทรโพสเฟียร์และเข้าไปในสตราโตสเฟียร์ ข้อมูลจากดาวเทียมตรวจอากาศใช้ในพื้นที่ที่ไม่มีแหล่งข้อมูลแบบดั้งเดิม เมื่อเทียบกับข้อมูลที่คล้ายกันจาก radiosondes ข้อมูลดาวเทียมมีข้อได้เปรียบในการครอบคลุมทั่วโลกอย่างไรก็ตามมีความแม่นยำและความละเอียดต่ำกว่า เรดาร์อุตุนิยมวิทยาให้ข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่งและความรุนแรงของฝนซึ่งสามารถใช้ในการประมาณการสะสมของหยาดน้ำฟ้าเมื่อเวลาผ่านไป นอกจากนี้หากใช้เรดาร์ตรวจอากาศแบบพัลส์ดอปเลอร์จะสามารถกำหนดความเร็วและทิศทางลมได้

พยากรณ์อากาศ สมัยใหม่ช่วยในการอพยพอย่างทันท่วงทีและอาจช่วยชีวิตและป้องกันความเสียหายของทรัพย์สิน การพาณิชย์จัดทำรายงานนักบินตามเส้นทางเครื่องบิน และรายงานการเดินเรือตามเส้นทางเดินเรือ เที่ยวบินวิจัยโดยใช้เครื่องบินลาดตระเวนบินในและรอบ ๆ ระบบอากาศที่น่าสนใจเช่นพายุหมุนเขตร้อน เครื่องบินลาดตระเวนยังบินอยู่เหนือมหาสมุทรเปิดในช่วงฤดูหนาวเข้าสู่ระบบที่ทำให้เกิดความไม่แน่นอนอย่างมีนัยสำคัญในแนวทางการคาดการณ์หรือคาดว่าจะมีผลกระทบสูง 3–7 วันในอนาคตในทวีปปลายน้ำ

โมเดลถูกเตรียมใช้งานโดยใช้ข้อมูลที่สังเกตได้นี้ การสังเกตที่มีระยะห่างไม่สม่ำเสมอได้รับการประมวลผลโดยวิธีการดูดซึมข้อมูลและการวิเคราะห์วัตถุประสงค์ซึ่งดำเนินการควบคุมคุณภาพและรับค่าในสถานที่ที่ใช้อัลกอริทึมทางคณิตศาสตร์ของแบบจำลอง (โดยปกติจะเป็นเส้นตารางที่เว้นระยะเท่า ๆ กัน) Joker gaming จากนั้นข้อมูลจะถูกใช้ในแบบจำลองเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการคาดการณ์ โดยทั่วไปชุดของสมการที่ใช้ทำนายฟิสิกส์และพลวัตของบรรยากาศเรียกว่าสมการดั้งเดิม สมการเหล่านี้เริ่มต้นจากข้อมูลการวิเคราะห์และกำหนดอัตราการเปลี่ยนแปลง อัตราการเปลี่ยนแปลงทำนายสถานะของบรรยากาศในอนาคตในช่วงเวลาสั้น ๆ จากนั้นสมการจะถูกนำไปใช้กับสถานะบรรยากาศใหม่นี้เพื่อค้นหาอัตราการเปลี่ยนแปลงใหม่และอัตราการเปลี่ยนแปลงใหม่เหล่านี้จะทำนายบรรยากาศในเวลาต่อไปในอนาคต ขั้นตอนการก้าวในครั้งนี้จะทำซ้ำอย่างต่อเนื่องจนกว่าโซลูชันจะถึงเวลาคาดการณ์ที่ต้องการ

ความยาวของขั้นตอนเวลาที่เลือกภายในแบบจำลองมีความสัมพันธ์กับระยะห่างระหว่างจุดบนตารางคำนวณและถูกเลือกเพื่อรักษาเสถียรภาพเชิงตัวเลข ขั้นตอนของเวลาสำหรับโมเดลทั่วโลกเป็นไปตามลำดับสิบนาที ในขณะที่ขั้นตอนเวลาสำหรับโมเดลภูมิภาคอยู่ระหว่างหนึ่งถึงสี่นาที โมเดลทั่วโลกจะดำเนินการในช่วงเวลาที่แตกต่างกันไปในอนาคต แบบจำลองรวมของสำนักงาน Met Office ใช้เวลาหกวันในอนาคต แบบจำลองการพยากรณ์อากาศระยะกลางของ European Center for Medium-Range จะหมดลงในอีก 10 วันในอนาคต ในขณะที่แบบจำลองระบบพยากรณ์ทั่วโลกดำเนินการโดยแบบจำลองสิ่งแวดล้อม ศูนย์จะดำเนินการ 16 วันในอนาคต

ผลลัพธ์ภาพที่สร้างโดยโซลูชันแบบจำลองเรียกว่าแผนภูมิพยากรณ์โรคหรือ prog ผลลัพธ์ดิบมักจะถูกแก้ไขก่อนที่จะนำเสนอเป็นการคาดการณ์ ซึ่งอาจอยู่ในรูปแบบของเทคนิคทางสถิติเพื่อลบอคติที่เป็นที่รู้จักในแบบจำลองหรือการปรับเปลี่ยนเพื่อคำนึงถึงฉันทามติในการพยากรณ์อากาศเชิงตัวเลขอื่น ๆ MOS หรือสถิติเอาต์พุตแบบจำลองเป็นเทคนิคที่ใช้ในการตีความผลลัพธ์ของโมเดลตัวเลขและสร้างคำแนะนำเฉพาะไซต์ คำแนะนำนี้นำเสนอในรูปแบบตัวเลขรหัสและสามารถขอรับได้จากสถานีรายงานสภาพอากาศแห่งชาติเกือบทุกแห่งในสหรัฐอเมริกา ตามที่เอ็ดเวิร์ดลอเรนซ์เสนอในปีพ. ศ. 2506 การคาดการณ์ระยะไกลซึ่งจัดทำขึ้นในช่วงสองสัปดาห์หรือมากกว่านั้นเป็นไปไม่ได้ที่จะทำนายสถานะของชั้นบรรยากาศได้อย่างชัดเจนเนื่องจากลักษณะที่สับสนวุ่นวายของสมการพลศาสตร์ของไหลที่เกี่ยวข้อง ในแบบจำลองตัวเลขข้อผิดพลาดเล็ก ๆ น้อย ๆ ในค่าเริ่มต้นจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุกๆห้าวันสำหรับตัวแปรเช่นอุณหภูมิและความเร็วลม