Δεν είναι όμοιες, όλες οι χαοτικές καταστάσεις στον χάρτη του καιρού

Από σελίδα του AIP, Ιανουάριος 2002

Όπως γνωρίζουμε, το σύστημα του καιρού είναι ένα χαοτικό σύστημα, αυτό σημαίνει πως μικρές μεταβολές ή λάθη ή αβεβαιότητες στις αρχικές συνθήκες (οι ειδικοί του Χάους λένε πως το πέταγμα της πεταλούδας στην Ιαπωνία, μεταβάλλει τον καιρό της Ευρώπης), κάνουν τις προβλέψεις μας τελείως αδύνατες για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Το Χάος λοιπόν είναι η αιτία που η πρόβλεψη μιας εβδομάδας δεν είναι ασφαλέστερη από την πρόβλεψη μιας ημέρας.
Ανωτέρω, απεικονίζονται οι μέσες θέσεις των δυναμικών ζωνών χάους, για πρόβλεψη από τις 10 Φεβρουαρίου του 2000 έως στις 30 Ιουλίου 2000. Το κόκκινο δηλώνει περιοχές στις οποίες τα δυναμικά σημεία τείνουν να εμφανιστούν.
Σε αυτές τις δυναμικές περιοχές, καλές αρχικές παρατηρήσεις γίνονται πιό κρίσιμες για τη μείωση των λαθών της πρόγνωσης.

Οι ερευνητές έχουν βρεί ότι δεν είναι όμοιες όλες οι χαοτικές καταστάσεις που βρίσκουμε στον χάρτη του καιρού, παρέχοντας έτσι τις ιδέες, με τις οποίες ελπίζουμε να βελτιώσουν την πρόβλεψη του καιρού. Οι ερευνητές συνήθως υποθέτουν ότι όλα τα σημεία, σε έναν στον χάρτη του καιρού, είναι εξίσου χαοτικά, που σημαίνει ότι μικρές αβεβαιότητες στις αρχικές συνθήκες,   αυξάνονται σε τέτοιο σημείο, που οι τελικές συνθήκες γίνονται απρόβλεπτες. Τώρα, ένα διεπιστημονικό τημ στο Πανεπιστήμιο του Maryland, μετεωρολόγων, φυσικών, και επιστημόνων των υπολογιστών, έχει αναπτύξει μια τεχνική που προσδιορίζει ποιές περιοχές από αυτές μπορούν να θεωρηθούν "δυναμικές ζώνες χάους", δηλαδή περιοχές στις οποίες μικρές αλλαγές στις συνθήκες θεωρούνται πως ενισχύσουν γρηγορότερα τις μεγάλες διαταραχές στον καιρό.

Οι δυναμικές ζώνες χάους, δεν παραμένουν σταθερές αλλά μετατοπίζονται στο χάρτη σε μια κανονική βάση, τείνοντας να καλύψουν, περίπου, το 20%, του γήινου χάρτη μόνο σε οποιαδήποτε στιγμή.  

Αν λοιπόν κάνουμε περισσότερες   μετεωρολογικές παρατηρήσεις σε αυτές τις δυναμικές ζώνες, μπορεί αυτό να βοηθήσει να μειώσουμε τα σφάλματα των προβλέψεων, θεωρούν οι ερευνητές. Από το 1992, η Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία των ΗΠΑ, έχει παράσχει "προβλέψεις συνόλων," στις οποίες ένα μοντέλο υπολογιστών παράγει μια κύρια πρόβλεψη και διάφορες, ελαφρώς ρυθμισμένες, προβλέψεις παρέχουν μια σειρά πιθανών εκβάσεων για τον καιρό.

Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μέρυλαντ εξετάζουν σφαιρικές προβλέψεις για τον αέρα, πέντε από τις παραπάνω προβλέψεις, σε ένα ιδιαίτερο επίπεδο στην ατμόσφαιρα (όπου η πίεση είναι 500 millibars).

Τοποθετώντας αυτές τις πέντε προβλέψεις στο χάρτη, οι ερευνητές εξετάζουν έπειτα τα διανύσματα του αέρα, με τα οποία προσδιορίζουν, με ποιό τρόπο κάθε πρόβλεψη παρεκκλίνει από τη βασική πρόβλεψη στην ισχύ και στην κατεύθυνση του αέρα. Αναλύοντας μετά 1.100 τετραγωνικά χλμ σε έναν σφαιρικό χάρτη, προσδιορίζουν τις περιοχές όπου τα διανύσματα τείνουν να ευθυγραμμιστούν το ένα με το άλλο.

Τα ευθυγραμμισμένα διανύσματα του αέρα έχουν "χαμηλή διαστατικότητα," μετασχηματίζοντας τις περιοχές στις οποίες βρίσκονται σε "δυναμικές ζώνες χάους", όπου οι καλές αρχικές παρατηρήσεις γίνονται πιο κρίσιμες για τη μείωση των σφαλμάτων της πρόβλεψης. Όλα τα άλλα σημεία στο χάρτη είναι λιγότερο σημαντικά για την πρόβλεψη, λένε οι συντάκτες (Patil και λοιποί. , Phys. Rev. Lett.).