​Pogodą można sterować, twierdzą japońscy naukowcy

Problem z pogodą polega na tym, że jest układem chaotycznym, czyli niezwykle czułym na bardzo małe zaburzenia. Odkrył to w 1960 roku amerykański matematyk i meteorolog Edward Lorenz, który pracował nad komputerowym prognozowaniem pogody.

Lorenz stworzył układ równań opisujący stan atmosfery (temperaturę, ciśnienie, prędkość wiatru oraz kilka innych ważnych czynników). Sądził, że gdy wprowadzi się do nich odpowiednio dokładne dane, będzie można przewidzieć pogodę na dowolnie długi czas.

Zdrowy rozsądek podpowiada, że wyniki obliczeń na podstawie podobnych parametrów wejściowych też powinny być podobne. Okazało się inaczej. Gdy do równań Lorenz wprowadził dwie niewiele różniące się od siebie liczby (0,506 oraz 0,506127), wyniki obliczeń okazały się zupełnie inne. Co gorsza, z każdym krokiem obliczeń różnice rosły.

To właśnie dlatego prognozowanie pogody na dłużej niż kilka dni jest w zasadzie nieprzydatne. Błąd lub niedokładność w obliczeniach bardzo szybko narastają z każdym krokiem obliczeń - czyli w prognozie pogody z godziny na godzinę. Nawet najpotężniejsze superkomputery pozwalają przewidzieć pogodę tylko na kilka dni naprzód.

Nawet samemu Lorenzowi trudno było uwierzyć, że “zaburzenie wywołane trzepotem skrzydła mewy może z czasem urosnąć i wpłynąć na stan pogody setki kilometrów dalej". Fizycy dyskutowali o tym niemal dekadę. Okazało się, że chaotyczne zachowania przejawiają  turbulencje przepływu wody w rurach, powietrza wokół skrzydeł samolotów, a nawet uliczny ruch. Dziś teoria chaosu jest dziś ważnym działem matematyki i fizyki.

Naukowcy z japońskiego instytutu RIKEN twierdzą, że jest sposób, by takimi chaotycznymi układami sterować. Teoretycznie można wpływać na pogodę. Jak?

Układy chaotyczne nie są tak naprawdę zupełnie nieprzewidywalne. Istnieje w nich zjawisko nazywane “atraktorem Lorenza". Z czasem wartości obliczeń zaczynają na wykresie przybierać kształt przypominający skrzydła motyla. Nie wiemy dokładnie, w którym miejscu skrzydeł znajdzie się wynik po danym czasie obliczeń, ale wiadomo, że będzie gdzieś na nich.

Badacze z RIKEN przeprowadzili superkomputerowe symulacje pogody. Zamiast sprawdzać, jak zmiany początkowych parametrów mogą wpłynąć na wyniki obliczeń, zrobili odwrotnie. Wybierali wyniki, żeby sprawdzić, jakie początkowe parametry mogą do nich doprowadzić. Okazało się, że niewielkie zmiany kilku czynników mogą zawęzić “skrzydła motyla" do znacznie mniejszego obszaru, który chcemy uzyskać.

Model badaczy nie zawierał wszystkich parametrów, a jedynie kilka. Badania trzeba będzie powtórzyć na lepszych, bardziej złożonych modelach atmosfery. Jest jednak teoretycznym dowodem na to, że pogodę można “popchnąć" w pożądanym kierunku przez niewielkie modyfikacje.

“Jeśli okaże się to możliwe w praktyce, można będzie zapobiegać huraganom, ulewom i tajfunom. Ryzyko takich zjawisk jest coraz większe z powodu zmian klimatu", mówi Takemasa Mioshi, szef zespołu.