El pronóstico del tiempo
Antecedentes
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El pronóstico del tiempo es la aplicación de la ciencia y la tecnología para predecir el estado de la atmósfera para un tiempo futuro y un lugar determinado. Los seres humanos han tratado de predecir el tiempo de manera informal durante milenios, y formalmente, al menos desde el siglo XIX. Los pronósticos del tiempo se hacen mediante la recopilación cuantitativa datos sobre el estado actual de la atmósfera y el uso de la comprensión científica de los procesos atmosféricos para proyectar cómo la atmósfera va a evolucionar.
Una vez que un esfuerzo de todos los seres humanos basada principalmente en los cambios en presión barométrica, condiciones meteorológicas actuales, y el estado del cielo, modelos de predicción ahora se utilizan para determinar las condiciones futuras. Intervención humana sigue siendo necesaria para elegir el mejor modelo de pronóstico posible basar el pronóstico sobre, que implica habilidades de reconocimiento de patrones, teleconexiones, conocimiento del funcionamiento del modelo, y el conocimiento de tendencias de los modelos. La caótica naturaleza de la atmósfera, la enorme potencia computacional requerido para resolver las ecuaciones que describen la atmósfera, error involucrados en la medición de las condiciones iniciales, y una comprensión incompleta de los procesos atmosféricos significa que los pronósticos se vuelven menos precisos como la diferencia en el tiempo actual y el tiempo durante el cual se está realizando el pronóstico (el rango de la previsión) aumenta. El uso de conjuntos y modelo de consenso ayudar a reducir el error y recoger el resultado más probable.
Hay una gran variedad de usos finales para las previsiones meteorológicas. Advertencias meteorológicas son predicciones importantes porque se utilizan para proteger la vida y la propiedad. Los pronósticos sobre la base de la temperatura y precipitación son importantes para la agricultura , y por lo tanto a los comerciantes dentro de los mercados de productos básicos. Pronósticos de temperatura son utilizados por empresas de servicios públicos para estimar la demanda en los próximos días. Sobre una base diaria, la gente utiliza las previsiones del tiempo para determinar qué ponerse en un día determinado. Dado que las actividades al aire libre una importante restricción de las fuertes lluvias, la nieve y el factor del viento, las previsiones se pueden utilizar para planificar las actividades en torno a estos eventos, y para planificar el futuro y sobrevivir a ellas.
Historia
Durante miles de años la gente ha tratado de pronosticar el tiempo. En 650 aC, los babilonios predecían el tiempo de los patrones de nubes, así como la astrología . En alrededor de 340 aC, Aristóteles describió los patrones climáticos en Meteorologica. Más tarde, Teofrasto compiló un libro sobre la predicción del tiempo, llamado el Libro de los Signos. chino predicción del tiempo la tradición se extiende por lo menos ya en el año 300 aC, que fue también en la misma época antigua Los astrónomos indios desarrollaron métodos de predicción meteorológica. En 904 dC, Ibn Wahshiyya de Nabateo Agricultura debatió la predicción del tiempo de los cambios atmosféricos y los signos de las alteraciones astrales planetarios; signos de lluvia basan en la observación de la fases lunares; y las previsiones meteorológicas basan en el movimiento de los vientos.
Métodos de predicción meteorológica antiguas que habitualmente se depende patrones observados de eventos, el reconocimiento también llamado patrón. Por ejemplo, puede observarse que si la puesta de sol fue particularmente el rojo, el día siguiente a menudo trajo el buen tiempo. Esta experiencia acumulada a lo largo de las generaciones para producir lore tiempo. Sin embargo, no todas estas predicciones resultar fiable, y muchos de ellos desde entonces se han encontrado no para hacer frente a la prueba estadística rigurosa.
No fue hasta la invención de la telégrafo eléctrico en 1835 que comenzó la era moderna de la predicción meteorológica. Antes de este tiempo, no fue ampliamente posible para el transporte de información sobre el estado actual del tiempo más rápido que un tren de vapor (y el tren era también una tecnología muy nueva en ese momento). A finales de la década de 1840, el telégrafo permitió informes de condiciones de tiempo en un área amplia para ser recibido de forma casi instantánea, permitiendo a las previsiones que se hagan a partir del conocimiento de las condiciones climáticas más contra el viento. Los dos hombres más acreditadas con el nacimiento de la previsión como ciencia eran Francis Beaufort (recuerda principalmente para el Escala de Beaufort) y su protegido Robert Fitzroy (desarrollador del Fitzroy barómetro). Ambos eran hombres influyentes en British círculos navales y gubernamentales, y aunque ridiculizado en la prensa de la época, su trabajo ganó credibilidad científica, fue aceptada por la Royal Navy , y formaron la base de todo el conocimiento predicción del tiempo de hoy. Para transmitir información de forma precisa, se hizo necesario contar con un vocabulario estándar que describe las nubes; esto se logró por medio de una serie de clasificaciones y, en la década de 1890, por pictórica atlas de nubes.
Se hizo un gran progreso en la ciencia de la meteorología durante el siglo 20. La posibilidad de predicción numérica del tiempo fue propuesto por Lewis Fry Richardson en 1922, aunque no existían los ordenadores para completar el gran número de cálculos necesarios para producir un pronóstico antes de haber ocurrido el evento. Uso práctico de la predicción numérica del tiempo se inició en 1955, impulsado por el desarrollo de electrónicos programables computadoras .
En Estados Unidos, las primeras previsiones de radio públicas fueron hechas en 1925 por Edward B. "EB" Rideout, en WEEI, la estación de Edison Electric Illuminating en Boston. Rideout vino de la US Bureau tiempo, al igual que WBZ tiempo pronosticador G. Harold Noyes en 1931. previsiones de televisión siguieron con Jimmie Fidler en Cincinnati en 1940 o 1947 en el DuMont Television Network. The Weather Channel es una red de cable de 24 horas que comenzó a emitir en mayo de 1982.
Cómo crear modelos previsiones
La idea básica de predicción numérica del tiempo es muestrear el estado del fluido en un momento dado y utilizar las ecuaciones de dinámica de fluidos y termodinámica para estimar el estado del fluido en algún momento en el futuro. Las principales aportaciones de los servicios meteorológicos basados en el país son las observaciones de superficie desde automatizada estaciones meteorológicas a nivel del suelo de la tierra y de boyas meteorológicas en el mar. La Organización Meteorológica Mundial actúa para normalizar la instrumentación, la observación de las prácticas y el calendario de estas observaciones en todo el mundo. Estaciones tanto informe horario en Informes METAR, o cada seis horas Informes SYNOP. Sitios de lanzamiento radiosondas, que se elevan a través de la profundidad de la troposfera y hasta bien entrado el estratosfera. Datos de satélites meteorológicos se utilizan en áreas de donde las fuentes tradicionales de datos no están disponibles. En comparación con datos similares de las radiosondas, los datos vía satélite tiene la ventaja de una cobertura global, sin embargo a una precisión y resolución inferior. Radar meteorológico proporcionar información sobre la ubicación y la intensidad de la precipitación, que se puede utilizar para estimar las acumulaciones de precipitación con el tiempo. Además, si una Doppler de pulso radar meteorológico se utiliza entonces la velocidad y dirección del viento puede ser determinado.
Commerce proporciona informes de los pilotos a lo largo de las rutas de las aeronaves, y los informes de buques a lo largo de sus rutas de navegación. Vuelos de investigación utilizando aviones de reconocimiento volar en y alrededor de los sistemas meteorológicos de interés tales como ciclones tropicales . Avión de reconocimiento también se vuelan sobre los océanos abiertos durante la temporada de frío en los sistemas que provocan incertidumbre significativa en la guía de pronóstico, o se espera que sean de alto impacto 3-7 días en el futuro sobre el continente aguas abajo.
Los modelos se inicializan con esta observó datos. Las observaciones espaciadas irregularmente son procesados por asimilación de datos y métodos de análisis de objetivos, que realizan el control de calidad y obtener los valores en los lugares utilizables por algoritmos matemáticos del modelo (por lo general una cuadrícula uniformemente espaciados). Los datos se utilizan en el modelo como el punto de partida para una forecast.Commonly, el conjunto de ecuaciones utilizadas para predecir la conocida como la física y la dinámica de la atmósfera se llaman ecuaciones primitivas. Estas ecuaciones se inicializan desde el análisis de datos y se determinan los tipos de cambio. Las tasas de cambio de predecir el estado de la atmósfera de un corto tiempo en el futuro. Las ecuaciones se aplican a este nuevo estado atmosférico para encontrar nuevas tasas de cambio y las nuevas tasas de cambio predicen la atmósfera en un momento aún más en el futuro. Este procedimiento paso a paso el tiempo se repite continuamente hasta que la solución alcance el tiempo de pronóstico deseado. La longitud del paso de tiempo está relacionada con la distancia entre los puntos en la cuadrícula computacional. Los pasos de tiempo para globales modelos climáticos pueden ser del orden de decenas de minutos, mientras que los pasos de tiempo para los modelos regionales pueden ser unos pocos segundos a unos pocos minutos.
Las ecuaciones utilizadas para calcular las previsiones son ecuaciones diferenciales parciales no lineales que son imposibles de resolver con exactitud. Por lo tanto, los métodos numéricos obtener soluciones aproximadas. Diferentes modelos utilizan diferentes métodos de solución. Algunos modelos globales utilizan métodos espectrales para las dimensiones horizontal y métodos de diferencias finitas para la dimensión vertical, mientras que los modelos regionales y otros modelos globales suelen utilizar métodos de diferencias finitas en las tres dimensiones. La salida visual producida por una solución modelo es conocido como un gráfico de pronóstico, o PROG para abreviar. La salida de crudo a menudo se modifica antes de ser presentado como el pronóstico. Esto puede ser en forma de técnicas estadísticas para eliminar conocida sesgos en el modelo, o de ajuste para tener en cuenta el consenso entre otras previsiones meteorológicas numéricas. MOS o estadísticas de salida del modelo es una técnica utilizada para interpretar los resultados del modelo numérico y producir orientación específica del sitio. Esta guía se presenta en forma numérica codificada, y se puede obtener por casi toda Servicio Meteorológico Nacional estaciones en los Estados Unidos de informes.
Según lo propuesto por Edward Lorenz en 1963, los pronósticos de largo alcance, las realizadas en un rango de dos semanas o más, son imposibles de predecir definitivamente el estado de la atmósfera, debido a la naturaleza caótica de la dinámica de fluidos ecuaciones involucradas. Extremadamente pequeños errores en la entrada inicial, tales como las temperaturas y los vientos, dentro de los modelos numéricos se duplica cada cinco días.
Técnicas
Persistencia
El método más simple de predecir el tiempo, persistencia, se basa en las condiciones actuales para pronosticar las condiciones mañana. Esto puede ser una forma válida de predicción del tiempo cuando está en estado estacionario, por ejemplo, durante la temporada de verano en las zonas tropicales. Este método de pronosticar fuertemente depende de la presencia de un patrón de tiempo estancada. Puede ser útil tanto en los pronósticos de corto alcance y pronósticos de largo alcance.
El uso de un barómetro
El uso de la presión barométrica y la tendencia de la presión (el cambio de presión en el tiempo) se ha utilizado en la predicción desde finales del siglo 19. Cuanto mayor sea el cambio en la presión, especialmente si hay más de 3,5 hPa (0,10 inHg), se puede esperar que cuanto mayor es el cambio en el clima. Si la caída de presión es rápida, una sistema de baja presión se acerca, y hay una mayor probabilidad de lluvia. Aumentos rápidos de presión están asociados con la mejora de las condiciones climáticas, tales como la limpieza de los cielos.
Mirando al cielo
Junto con tendencia de la presión, el uso de la condición cielo es uno de los parámetros meteorológicos más importantes que se pueden utilizar para pronosticar tiempo en zonas montañosas. El engrosamiento de la capa de nubes o la invasión de una capa de nubes más alto es indicativo de lluvia en un futuro próximo. Mañana niebla presagia condiciones justas, como condiciones de lluvia son precedidos por el viento o nubes que impiden la formación de niebla. El enfoque de una línea de tormentas eléctricas podría indicar la aproximación de una frente frío. Despejados cielos son indicativos de buen tiempo para el futuro próximo. La barras puede indicar un ciclón tropical que viene. El uso de la cobertura del cielo en la predicción del tiempo ha dado lugar a diversas lore tiempo largo de los siglos.
Nowcasting
El término predicción inmediata también se utiliza en economía.
La previsión del tiempo dentro de las próximas seis horas se refiere a menudo como la predicción inmediata. En este intervalo de tiempo es posible predecir las características más pequeños, tales como duchas individuales y tormentas eléctricas con una exactitud razonable, así como otras características demasiado pequeñas para ser resuelto por un modelo de ordenador. Un ser humano da el último radar, satélite y datos de observación será capaz de hacer un mejor análisis de las características de pequeña escala presentes y así será capaz de hacer un pronóstico más preciso para las siguientes horas.
El uso de modelos de predicción
En el pasado, el pronosticador humano era responsable de generar el pronóstico del tiempo entero en base a las observaciones disponibles. Hoy en día, la intervención humana se limita generalmente a la elección de un modelo basado en diversos parámetros, como los prejuicios y el rendimiento del modelo. El uso de un consenso de los modelos de pronóstico, así como los miembros del conjunto de los distintos modelos, puede ayudar a reducir el error de pronóstico. Sin embargo, sin importar lo pequeño que se convierte en el error medio con cualquier sistema individual, grandes errores en cualquier pedazo particular de orientación son todavía posibles en cualquier plazo determinado modelo. Los seres humanos son necesarios para interpretar los datos del modelo en los pronósticos del tiempo que sean comprensibles para el usuario final. Los seres humanos pueden utilizar el conocimiento de los efectos locales que pueden ser demasiado pequeño para ser resueltas por el modelo para añadir información a la previsión. Si bien el aumento de la precisión de los modelos de predicción implica que ya no serán necesarios los seres humanos en el proceso de pronóstico en algún momento en el futuro, en la actualidad existe todavía la necesidad de intervención humana.
Técnica analógica
La técnica analógica es una forma compleja de hacer un pronóstico, lo que requiere el pronosticador de recordar un evento de tiempo anterior, que se espera que sea imitado por un evento próximo. Lo que la hace una técnica difícil de usar es que rara vez hay un análogo perfecto para un evento en el futuro. Algunos llaman a este tipo de reconocimiento de patrones de pronóstico. Sigue siendo un método útil para la observación de la lluvia sobre los vacíos de datos, tales como los océanos, así como la previsión de las cantidades de precipitación y su distribución en el futuro. Una técnica similar se utiliza en el pronóstico de medio alcance, que se conoce como teleconecciones, cuando se utilizan sistemas en otros lugares para ayudar a precisar la localización de otro sistema dentro del régimen de los alrededores. Un ejemplo de teleconexiones son mediante el uso de El Niño-Oscilación del Sur (ENOS) fenómenos relacionados.
- Modelo analógico - Un modelo basado en las similitudes entre el sistema en estudio y otro sistema o proceso.
- Modelo de análisis - Un modelo que utiliza métodos clásicos tales como el cálculo o álgebra para resolver una serie de ecuaciones.
- Modelo conceptual - Una representación simplificada del sistema que está siendo examinado.
- Modelo continuo - un modelo que utiliza simulación continua, en contraposición a un modelo de un solo evento.
- Modelo determinista - Un modelo que produce la misma salida para una entrada dada sin tener en cuenta el riesgo o incertidumbre.
- Modelo empírico - Un modelo representado por procesos simplificados basados en la observación, mediciones, o la experiencia práctica y no sólo en principios o teoría. Un modelo agrupado es un ejemplo.
- Modelo explícito - un modelo numérico que utiliza valores de los parámetros o variables desconocidas en el comienzo de un paso de tiempo en los algoritmos computacionales.
- Modelo implícito - un modelo numérico que utiliza valores de los parámetros o variables desconocidas en el extremo de un paso de tiempo en los algoritmos computacionales.
- Modelo de balance de masas - Un modelo basado en la conservación de la masa y se centra en el equilibrio entre las entradas y salidas de la zona de modelo. También conocido como modelo de dimensión cero.
- Modelo numérico - un modelo que utiliza un método numérico para resolver una serie de ecuaciones, en oposición a un modelo analítico. Los resultados de los modelos numéricos son aproximaciones a menudo, mientras que los modelos analíticos producen soluciones exactas.
- Modelo unidimensional - un modelo que incluye sólo una dimensión espacial.
- Modelo de pseudo-determinista - Un modelo semi-distribuido.
- Estocástico modelo matemático - Un modelo que incluye elementos estadísticos y produce un conjunto de salidas para un conjunto dado de insumos. La salida representa un conjunto de valores esperados.
- Modelo de dos dimensiones - Un modelo que incluye dos dimensiones espaciales, por lo general promedio horizontal y vertical.
La mayoría de los usuarios finales de las previsiones son miembros del público en general. Tormentas pueden crear fuertes vientos y peligroso la caída de rayos que pueden conducir a muertes, apagones y daños por granizo generalizada. Las fuertes nevadas o lluvias pueden traer el transporte y el comercio de un stand-still, así como causar inundaciones en las zonas bajas. Excesivo calor o olas de frío pueden enfermar o matar a las personas con los servicios públicos inadecuados y las sequías pueden afectar el uso de agua y destruir la vegetación.
Varios países emplean las agencias del gobierno para proporcionar previsiones y relojes / avisos / advertencias al público con el fin de proteger la vida y la propiedad y mantener los intereses comerciales. El conocimiento de lo que necesita el usuario final de la previsión meteorológica, se debe tener en cuenta para presentar la información de una manera útil y comprensible. Los ejemplos incluyen el Administración Nacional Oceánica y Atmosférica Servicio Meteorológico Nacional (NWS) y Medio Ambiente de Canadá Servicio Meteorológico (MSC). Tradicionalmente, los periódicos, la televisión y la radio han sido las salidas principales para presentar información pronóstico del tiempo para el público. Cada vez más, el Internet está siendo utilizado debido a la gran cantidad de información específica que se puede encontrar. En todos los casos, estos puntos de venta actualizan sus previsiones sobre una base regular.
Alertas de clima severo y advertencias
Una parte importante de la predicción del tiempo moderno es las alertas de clima severo y advertencias que se espera que el clima severo o peligroso el tema servicios meteorológicos nacionales en el caso. Esto se hace para proteger la vida y la propiedad. Algunos de los más comúnmente conocido de avisos meteorológicos graves son la tormenta severa y aviso de tornado, así como la tormenta severa y alerta de tornado. Otras formas de la advertencia se incluyen el clima de invierno, el fuerte viento, inundaciones, ciclones tropicales , y la niebla. Avisos de tiempo severo y alertas se emiten a través de los medios de comunicación, incluyendo radio, utilizando los sistemas de emergencia como la Sistema de Alerta de Emergencia que se rompen en la programación regular.
Trafico aereo
Debido a que la industria de la aviación es especialmente sensible a las condiciones climáticas, la predicción meteorológica precisa es esencial. Niebla o excepcionalmente baja techos pueden prevenir muchos aviones de aterrizaje y despegue. La turbulencia y la formación de hielo también son significativos los riesgos durante el vuelo. Las tormentas eléctricas son un problema para todas las aeronaves debido a la turbulencia severa debido a su corrientes ascendentes y límites de salida, la formación de hielo debido a la fuerte precipitación, así como grandes granizo, vientos fuertes, y los relámpagos, los cuales pueden causar graves daños a una aeronave en vuelo. La ceniza volcánica es también un problema importante para la aviación, ya que las aeronaves pueden perder potencia del motor dentro de las nubes de ceniza. En el día a día aviones base se encaminan a tomar ventaja de la chorro de viento de cola corriente para mejorar la eficiencia de combustible. Las tripulaciones aéreas son informados antes de despegue en las condiciones que esperar en la ruta y en su destino. Además, los aeropuertos suelen cambiar los cuales pista esté siendo usada para tomar ventaja de una viento en contra. Esto reduce la distancia requerida para el despegue, y elimina el potencial vientos cruzados.
Marina
Uso comercial y recreativo de los cursos de agua se puede limitar significativamente por la dirección y velocidad del viento, la periodicidad de las olas y las alturas, las mareas y las precipitaciones. Estos factores pueden influir en cada uno la seguridad de tránsito marino. En consecuencia, una variedad de códigos se han establecido para transmitir eficientemente las previsiones meteorológicas marinas detalladas a los pilotos de buques a través de la radio, por ejemplo, el MAFOR (pronóstico marino). Previsiones meteorológicas típicas se pueden recibir en el mar a través de la utilización de RTTY, Navtex y Radiofax.
Agricultura
Los agricultores dependen de las previsiones del tiempo para decidir qué trabajo hay que hacer en un día determinado. Por ejemplo, el secado heno sólo es factible en tiempo seco. Los períodos prolongados de sequía pueden arruinar algodón , trigo y maíz cultivos. Mientras que los cultivos de maíz puede ser arruinado por la sequía, sus restos secos pueden utilizarse como sustituto alimento para el ganado en forma de ensilaje. Las heladas y la congelación causan estragos en los cultivos, tanto durante la primavera y el otoño. Por ejemplo, melocotoneros en flor pueden tener el potencial de los cultivos de durazno diezmada por una helada de la primavera. Naranjos pueden sufrir daños significativos durante las heladas y la congelación, independientemente de su calendario.
Silvicultura
El pronóstico del tiempo de viento, precipitaciones y la humedad es esencial para la prevención y control incendios forestales. Diferentes índices, como el Incendio forestal índice climático y la Haines Índice, se han desarrollado para predecir las zonas de mayor riesgo de experimentar incendios por causas naturales o humanas. Condiciones para el desarrollo de los insectos perjudiciales pueden predecirse por la previsión de la evolución de tiempo, también.
Empresas de servicios públicos
Las compañías de electricidad y gas se basan en las previsiones meteorológicas para anticipar la demanda que puede ser fuertemente afectado por el clima. Utilizan la cantidad denominado el día de grado para determinar qué tan fuerte de un uso no habrá para la calefacción ( días-grado de calentamiento) o enfriamiento (grados día de refrigeración). Estas cantidades se basan en una temperatura media diaria de 65 ° F (18 ° C). Las temperaturas más frías obligan días-grado de calentamiento (uno por cada grado Fahrenheit), mientras que la fuerza temperaturas más cálidas Grados día de enfriamiento. En invierno, el clima frío severo puede causar un aumento de la demanda como la gente acude a su calentamiento. Del mismo modo, en verano un aumento de la demanda puede estar vinculado con el aumento del uso de sistemas de aire acondicionado en el clima caliente. Al anticipar un aumento de la demanda, las empresas de servicios pueden comprar suministros adicionales de potencia o el gas natural antes de los aumentos de precios, o en algunas circunstancias, los suministros están restringidos mediante el uso de caídas de voltaje y apagones.
Sector privado
Cada vez más, las empresas privadas pagan por las previsiones meteorológicas a la medida de sus necesidades, para que puedan aumentar sus beneficios o evitar grandes pérdidas. Por ejemplo, las cadenas de supermercados pueden cambiar las existencias en sus estantes en previsión de diferentes hábitos de gasto de los consumidores en diferentes condiciones climáticas. Los pronósticos del tiempo se pueden utilizar para invertir en el mercado de materias primas, tales como futuros en las naranjas, maíz, soja y aceite.
Aplicaciones militares
Fuerzas Armadas de los Estados Unidos
Al igual que en el sector privado, los meteorólogos militares presentes condiciones meteorológicas para la comunidad combatiente de guerra. Meteorólogos militares proporcionan previa al vuelo y durante el vuelo calzoncillos tiempo a los pilotos y proporcionar servicios de protección de los recursos en tiempo real de las instalaciones militares. Pronosticadores Navales cubren las aguas y las previsiones meteorológicas barco. La Marina de Estados Unidos ofrece un servicio especial para sí mismos y para el resto del gobierno federal mediante la emisión de las previsiones para los ciclones tropicales a través de los océanos Pacífico e Índico a través de su Tifón común Centro de Alerta.
Fuerza Aérea de EE.UU.
Dentro de los Estados Unidos, la Fuerza Aérea tiempo ofrece el pronóstico del tiempo para la Fuerza Aérea y el Ejército. Los meteorólogos de la Fuerza Aérea cubren las operaciones aéreas en ambas operaciones de guerra y en tiempos de paz y proporcionan El apoyo del Ejército; La Guardia Costera de los Estados Unidos técnicos de la ciencia marina proporcionan previsiones barco para romper el hielo y otras diversas operaciones dentro de su reino; y los meteorólogos marinos proporcionan soporte para a base de aire subterráneas y Operaciones de Estados Unidos Cuerpo de Marines. Las cuatro ramas militares toman su formación técnica meteorología alistado inicial en Keesler Air Force Base. Meteorólogos militares y civiles cooperan activamente en el análisis, la creación y la crítica de los productos de predicción meteorológica.
