Language
Country/Area
No result found
Từ những năm 1920 đến nay: Dự báo thời tiết bằng số đã thay đổi đáng kể như thế nào trong 60 năm qua?
Dự báo thời tiết bằng số (NWP) sử dụng các mô hình toán học để mô phỏng bầu khí quyển và đại dương nhằm dự đoán thời tiết dựa trên điều kiện thời tiết hiện tại. Kỹ thuật này lần đầu tiên được khám phá vào những năm 1920, nhưng phải đến khi mô phỏng máy tính ra đời vào những năm 1950, dự báo thời tiết bằng số mới bắt đầu mang lại kết quả đáng tin cậy. Ngày nay, các quốc gia vận hành nhiều mô hình dự báo khu vực và toàn cầu bằng cách sử dụng các quan sát thời tiết mới nhất nhận được từ các tàu thăm dò thời tiết, vệ tinh thời tiết và các hệ thống quan sát khác.
“Các mô hình toán học dựa trên các nguyên tắc vật lý giống nhau có thể tạo ra các dự đoán khí hậu ngắn hạn hoặc dài hạn và có nhiều ứng dụng trong việc tìm hiểu và dự đoán biến đổi khí hậu.”
Khi các mô hình khu vực được cải tiến, các dự đoán về đường đi của bão nhiệt đới và chất lượng không khí cũng được cải thiện đáng kể. Tuy nhiên, các mô hình khí hậu hoạt động kém khi xử lý các quá trình trên các khu vực tương đối tập trung như cháy rừng. Hỗ trợ công nghệ dự báo thời tiết số hiện nay là những siêu máy tính mạnh nhất thế giới hiện nay. Ngay cả với sức mạnh tính toán ngày càng tăng của siêu máy tính, các mô hình dự đoán số vẫn chỉ có thể cung cấp khoảng thời gian dự báo chính xác trong khoảng sáu ngày.
“Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của dự đoán số bao gồm mật độ và chất lượng của dữ liệu quan sát được sử dụng để dự báo cũng như những thiếu sót trong chính các mô hình số.”
Với sự cải tiến của công nghệ quan sát, quá trình khởi tạo mô hình ngày càng trở nên quan trọng. Dự báo thời tiết bằng số hiện tại không chỉ yêu cầu nhập dữ liệu quan sát vào mô hình để tạo ra các điều kiện ban đầu mà còn yêu cầu sử dụng phương pháp đồng hóa dữ liệu và phân tích khách quan để kiểm soát chất lượng nhằm trích xuất các giá trị hữu ích từ dữ liệu quan sát bất thường làm điểm khởi đầu cho dự báo.
Thời gian trôi qua đã mang lại sự tiến bộ cho các mô hình khí tượng học. Từ năm 1922 khi Richardson lần đầu tiên sử dụng tính toán bằng tay để tạo ra các dự báo thời tiết kéo dài 6 giờ cho đến năm 1950 khi ENIAC lần đầu tiên sử dụng máy tính để tạo ra các dự báo thời tiết dựa trên các phương trình khí quyển đơn giản hóa, lịch sử đã được đơn giản hóa. dự báo thời tiết bằng số đã phát triển vượt bậc, với sự phát triển nhanh chóng của sức mạnh tính toán.
"Năm 1956, Norman Phillips đã phát triển một mô hình toán học mô tả một cách thực tế những thay đổi hàng tháng và theo mùa trong tầng đối lưu."
Từ góc độ lịch sử, nghiên cứu và phát triển từ những năm 1950 đến 1980 đã dẫn đến những cải tiến đáng kể, cùng với sự ra đời của dự báo tổng hợp vào những năm 1990, nhằm ứng phó với những điều không chắc chắn trong hệ thống khí hậu. Chúng tôi đang dần bắt đầu sử dụng các dự báo tổng hợp để tăng độ tin cậy của dự báo và đưa ra những dự đoán có ý nghĩa hơn trong tương lai.
Hiện tại, các mô hình dự báo thời tiết bằng số dựa vào dữ liệu đầu vào chính xác của các điều kiện ban đầu và sử dụng các phương trình động lực học chất lỏng và nhiệt động lực học để dự đoán các trạng thái khí tượng trong tương lai. Tuy nhiên, các phương trình này vốn đã hỗn loạn, đến mức ngay cả những lỗi ban đầu nhỏ cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả dự đoán theo cấp số nhân, đặt ra thách thức cho việc dự đoán dài hạn.
"Ngay cả trong trường hợp dữ liệu cụ thể và mô hình hoàn hảo, hành vi hỗn loạn đặt ra giới hạn dự đoán chính xác là khoảng 14 ngày."
Đối với các quá trình khí tượng quy mô nhỏ hoặc quá phức tạp thì quá trình tham số hóa trong mô hình đóng vai trò quan trọng. Điều này cho phép các quy trình được kết nối với các biến được mô hình giải quyết mà không cần phải hiển thị rõ ràng các quy trình vật lý của chúng. Khi công nghệ tiến bộ, độ chính xác và tính thực tế của dự báo thời tiết bằng số dần được cải thiện, điều này đã được mở rộng trong các mô hình dự báo khí hậu khác nhau.
Trong quá trình phát triển các mô hình dự báo, một thách thức nữa nằm ở cách giải quyết vấn đề thống kê đầu ra của mô hình (MOS). Quá trình này xuất hiện một cách chính xác để giải quyết những điểm không hoàn hảo trong đầu ra của mô hình thời tiết bằng số, bằng cách kết hợp các quan sát cảm biến và điều kiện khí hậu để thực hiện các điều chỉnh dự báo. Tuy nhiên, kết quả đầu ra của các mô hình này có thể không nắm bắt được đầy đủ những thay đổi về điều kiện mặt đất, khiến các phương pháp thống kê trở nên đặc biệt quan trọng.
“Các phương pháp dự đoán tổng thể liên quan đến việc phân tích nhiều dự đoán bằng cách sử dụng các tham số vật lý khác nhau hoặc các điều kiện ban đầu khác nhau.”
Đối mặt với tình trạng khí hậu thay đổi và những thách thức ngày càng tăng, nhu cầu dữ liệu và sự phát triển công nghệ dự báo thời tiết bằng số vẫn đang tiến triển nhanh chóng. Các dự báo trong tương lai sẽ phản ứng thế nào trước các hiện tượng thời tiết cực đoan hơn, tương tác giữa đại dương và khí quyển và các tác động sinh thái rộng hơn? Chúng ta hãy cùng mong chờ và suy nghĩ về tương lai của công nghệ dự đoán theo thời gian?
