מדידות, מודלים וכוח החישוב – על הרגליים האלה ניצב הבסיס המדעי של שיפור תחזית מזג האוויר בשנים האחרונות

תחזית מזג האוויר משולבת בצורה הדוקה בחיי היומיום שלנו. רבים מאיתנו מחכים עד סוף מהדורת החדשות כדי להתעדכן בה או בודקים אותה באינטרנט לפני שאנחנו יוצאים מהבית בבוקר כדי לדעת מה ללבוש ואם לקחת מטרייה. אומנם התחזיות לא תמיד מדייקות, ולכולנו יצא בוודאי להיקלע לגשם לא צפוי, אך גם כך התחזית הכה שגרתית הזאת היא ללא ספק אחד ההישגים המדעיים הגדולים של האנושות. תמצית המאמץ המדעי היא להבין את התהליכים השולטים בטבע, לתאר אותם בצורה כמותית ולהשתמש בידע שלנו כדי לחזות את העתיד. מהבחינה הזאת חיזוי מזג האוויר הוא התגלמות החלום המדעי.

שני המרכיבים המרכזיים של מערכות חיזוי מזג האוויר הן מדידות של מזג האוויר הקיים, ומודל מתמטי שמתאר את התהליכים המרכזיים שמשפיעים על מזג האוויר. המודל הזה מסוגל לקחת מצב קיים של האטמוספרה, כגון לחץ האוויר בנקודות נבחרות בכדור הארץ ובגבהים שונים, ולהסיק ממנו מה יקרה בעוד פרק זמן מוגדר בעתיד. את התחזית של המודל אפשר להזין לתוכו בחזרה וכך לקבל תחזיות לפרקי זמן ארוכים יותר. ככל שהתחזית שאנחנו מבקשים נמצאת רחוק יותר ממועד המדידות של מזג האוויר הנוכחי, כך יורדים האיכות והדיוק של התחזית. לכן תחזית מזג האוויר למחר לרוב מדויקת הרבה יותר מהתחזית לשבוע הבא.

חוסר הדיוק של תחזיות מזג האוויר יכול לנבוע משני סוגים עיקריים של גורמים. הראשון הוא אי-הוודאות המובנית של מערכת מזג האוויר עקב אופיה הכאוטי, כלומר העובדה ששינוי קטן במערכת מזג האוויר יכול לחולל השפעה גדולה מאוד על העתיד של המערכת. התופעה הזאת מכונה גם אפקט הפרפר, דימוי שמתייחס לכך ששינוי קטן כמו נפנוף כנפיו של פרפר אי שם באסיה יכול להלכה ליצור סערה טרופית באגן האמזונס. מסוג כזה של אי-ודאות איננו יכולים להיפטר גם אם נשתמש במדידות המדויקות ביותר ובמחשבים הכי מתקדמים.

הגורם השני שמכניס אי-וודאות לתחזית הוא אי-דיוקים במדידות עצמן או במודלים המתמטיים. חוסר הדיוק יכול לנבוע משגיאות במכשירים או ממחסור במדידות, ואילו אי-הדיוק של המודל המתמטי נובע בדרך כלל מחוסר יכולת לייצג במלואם את התהליכים הפיזיים באטמוספרה.

ההתקדמויות המשמעותיות ביכולת החיזוי שלמו בעשורים האחרונים נובעת משיפור משמעותי שחל הן במדיניות והן במודלים המתמטיים. המודלים הטובים ביותר כיום משלבים מידע רב המגיע ממגוון מקורות כגון לוויינים, בלוני אוויר, תחנות מזג אוויר וכדומה. הגידול בכוח המיחשוב מאפשר לנו לתאר את התהליכים המתרחשים באטמוספרה בצורה מדויקת יותר וברזולוציה גבוהה יותר.

אחד האמצעים לקבל נתונים רבים ומדויקים, מה שמאפשר לשפר את החיזוי. לוויין מזג אוויר | מקור: Science Photo Library
אחד האמצעים לקבל נתונים רבים ומדויקים, מה שמאפשר לשפר את החיזוי. לוויין מזג אוויר | מקור: Science Photo Library

שיפור מתמשך

ככלל, יכולת החיזוי של מזג האוויר אכן משתפרת בהתמדה בעשורים האחרונים, בקצב אחיד יחסית של יום בעשור. הכוונה היא שאיכות התחזית שאנחנו יכולים לתת היום לעוד חמישה ימים שקולה לזאת שיכולנו לתת בשנת 2009 לעוד ארבעה ימים בלבד.

לשיפור ביכולת לחזות את מזג האוויר יש ערך עצום לאנושות. חיזוי מוקדם של מזג אוויר קיצוני יכול להציל חיי אדם ולחסוך נזקים כלכליים משמעותיים. בנוסף הוא תורם ליעילות של מגזרים כלכליים רבי חשיבות, כגון החקלאות והתובלה, כך שהוא ממלא תפקיד חשוב הפיתוח הכלכלה העולמית.

נשאלת השאלה מהו הסף העליון לשיפור ביכולות החיזוי הללו, שכן בסופו של דבר קיימת כאמור אי-ודאות מובנית בהתנהגות מזג האוויר. אמנם קשה להעריך את הגבול העליון לחיזוי מזג האוויר, אך מחקרים חדשים בתחום גורסים כי גם אם נוכל לשפר באופן מיטבי את יכולת המדידה של מצב מזג האוויר הנוכחי, המודלים הקיימים לא יוכלו לחזות בצורה טובה את מזג האוויר בטווח זמן של יותר משבועיים.

סביר להניח כי בדומה לתחומי דעת מחקריים אחרים, גם בחיזוי מזג האוויר עוד צפויות לנו תגליות ופריצות דרך משמעויות בעתיד. למשל יתכן שסוגים חדשים של לוויינים יוכלו לספק לנו תמונת מצב מדויקת ומהירה יותר של מזג האוויר. התקדמות נוספת עשויה להגיע משיפור המודלים המתמטיים שבבסיס התחזיות, למשל על ידי למידת מכונה. התחום הזה תופס תאוצה באופן משמעותי בשנים האחרונות ועשוי להיות מועיל מאוד בזכות שפע הנתונים הקיימים לגבי מזג האוויר.

מכל מקום, בעודנו מצפים לפריצות הדרך העתידיות הללו, ראוי להעריך את כברת הדרך העצומה שכבר עשינו, גם אם לפעמים אנו עדיין מוצאים את עצמנו רטובים מהגשם בלי שהוזהרנו על כך מראש.