気象観測所、衛星、海上ブイ、商用旅客機、船舶は、世界中からデータを収集します。合計すると、毎日数十億回の観測が行われています。そのデータをスーパーコンピューターで処理することは、北米の天気予報に不可欠です。差し迫った竜巻やその他の悲惨な気象現象を予測することで、繁栄と破滅の違いが生まれます。
玄関の外に出ることにしたときはいつでも、通常、その日の天気予報を確認します。私たちは通常、ニュースを介して、または携帯電話の助けを借りてこれを行います.この毎日のチェックは、傘が必要かサングラスが必要かを判断するのに役立ちます。天気予報はまた、人々がそれに備えることができるように、かなり将来に予想される特定の気象イベントを人々に通知します。天気予報のおかげで私たちの生活はずっと楽になりましたが、これらのアウトレットがどうやって天気がどうなるかを知っているのか疑問に思ったことはありませんか?
天気予報はどのように機能しますか?
さまざまなソースからデータを取得する
天気予報がどのように機能するかというこの永遠の疑問に対する答えは、観測データ、数学的モデリング、および計算に根ざしています。気象観測所、衛星、海上ブイ、商用旅客機、船舶など、さまざまな情報源が世界中からデータを収集しています。はい、民間航空機のフライトもデータのソースです。合計で、毎日数十億回の観測が行われています。
非常に多くのデータ ポイントを使用した天気予報は、過酷な天候の変化に遭遇することが多い北米の天気を予測するために特に不可欠です。特に米国では、広大な国土とさまざまな気候条件を備えているため、他の多くの地域よりも雹を伴う嵐、鉄砲水、竜巻が発生しやすくなっています。ハリケーンの影響を非常に受けやすい沿岸の郡だけでも、5,000 万人の命が危険にさらされています。差し迫った竜巻やその他の悲惨な気象現象を早期に予測することが、繁栄と破滅、つまり生と死の違いになります!
そのデータをスーパーコンピューターで処理
通常の PC や日常業務に使用するラップトップは、さまざまな機器から生成される膨大な量の気象データを処理するのにはあまり適していません。最近のほとんどの気象機関は、驚くべき計算能力を備えたスーパーコンピューターを使用しています。たとえば、米国海洋大気庁 (NOAA) のスーパーコンピューターは、毎秒 2.8 千兆回の計算を実行できます (そうです、1 千兆回は 1015 です)。これらのスーパーコンピューターは、現在、地球規模の予測を生成するために不可欠になっています.
スーパーコンピューターは、過去の気象パターンとその地域の地理に基づいた数学的モデルを使用するようにプログラムされています。数学的モデルは、地球の自転、風速、風向、降水量、蒸発量など、気象を調節する主要なプロセスを記述する方程式の形をしています。これらのデータ ポイントがさまざまな測定機器やセンサーからスーパーコンピューターに送られると、それらは実行されます。気象学者がどのようにモデル化しているかに応じて、一連の複雑な方程式を計算し、予測を生成します。
天気予報に使用されるモデルは、万能のソリューションではありません。ハリケーンの予測に優れているものもあれば、一般的な温度と湿度の予測に優れているものもあります。これが、コンピューターが実際に最後の言葉を持っていない理由です。それらからの出力は、ユーザー フレンドリーなグラフやチャートに変換され、気象庁の気象学者が解釈して、より包括的で情報に基づいた予測を行うことができます。
National Weather Service (NWS) で働く気象学者のワークステーション (写真提供:Flickr)
以下は、通常の予報チャートがどのように見えるか、および気象学者がそれらをどのように解釈するかの画像です。黄色の破線は乱気流が中程度または高い領域を表し、波形の線は基本的に雷雨の雲である積乱雲を表します。これらの地域では、暴風雨や降水の可能性が高くなります。緑色の線はジェット気流を示しており、最大風速のコア近くにあります。
航空天気予報チャート (写真提供 – 国立気象局航空気象センター/ウィキメディア)
この観測データは何ですか?
気象学者は、天気予報を作成する際に観測データ ポイントに重点を置きます。観測データは、何らかの形で天候に影響を与えるもののリストです。ただし、すべてに独自の意味があることに注意してください。これらの主要な観測データ ポイントの詳細を見てみましょう。
温度と湿度
私たちが日常的に観察していることの1つは温度です。温度の上昇は、蒸発の直接的な増加を引き起こす可能性が最も高いです。これにより湿度が高くなり、雨、雹、または雪が降る可能性が高くなります。
気圧と風
次の 2 つは圧力と風です。圧力のレベルに応じて、地域は高気圧地域と低気圧地域の 2 種類に分類されます。高圧領域には密度の高い空気があり、その逆もあります。私たちが知っているように、物事は常に高密度領域から低密度領域へと移動します。同様に、風は高気圧から低気圧に向かって流れ始めます。その動きの速さは圧力差で決まります。差が大きいと速度が速くなります。これら 2 つの地域間の気温の変化も顕著な影響を及ぼし、通常の降雨/降雪、場合によっては雷雨/竜巻につながります。
露点
太陽の下でコップ一杯の冷たい水や芝生の朝の草を観察すると、水滴がはっきりと見えます。これらの水滴は「露」または結露と呼ばれます。気温が十分に低くなると、空気は水蒸気で飽和します。その時点で、ガラスや窓の表面に水が現れ始めます。この現象が発生する温度は「露点」と呼ばれます。したがって、ある日、温度と露点が近い場合、水蒸気の量が多くなります。前述のように、水蒸気の量が多いほど湿度が高くなり、天候にさらに影響を与えます。
早朝の露 (写真提供 – Michael Gwyther-Jones/Wikimedia)
この天気予報を行っているのは誰ですか?
多くの国では、気象予報、警報、警報を連邦政府が管理する 1 つの気象サービス プロバイダーに依存しています。ただし、米国では、公共、民間、および大学ベースの天気予報システムがあります。
米国は、広大な大陸全体で気象条件の大きな変動に対処している大規模で人口の多い国であるため、より正確な予測を行うには、さまざまな分野に特化した複数の機関がおそらく必要です。米国は、天気予報の世界的な強国の 1 つと見なされています。
ほとんどの予報は、連邦気象予報機関である National Weather Service (NWS) の一部である National Centers for Environmental Prediction (NCEP) から提供されます。 NCEP はさまざまな気象モデルを実行し、このモデリングの結果を NWS オフィスに渡します。NWS オフィスは、地域に基づいて予測をカスタマイズおよび最適化します。
前述のように、気象予報のビジネスには民間の気象予報機関もあります。たとえば、民間の気象サービス プロバイダーである Weather Underground は、独自の気象観測所ネットワークから取得した情報を重ね合わせることで、NWS によって生成された公式予報を近隣規模で最適化しています。 Weather Underground のような商用プレーヤーは、お住まいの地域のより正確な天気予報を取得するのに役立ちます。このように、さまざまな商用気象サービス プロバイダが独自のニッチを持っています。正確な地域の天気予報を提供するものもあれば、雷雨や洪水などの気象災害の予測を専門とするものもあります。
天気予報の精度は?
天気予報は、半分の確率で間違っていても仕事を失うことのない唯一の職業だというジョークを聞いたことがあるかもしれません。天気予報は本当に矛盾しているのでしょうか？ジョークにもかかわらず、実際にはそうではありません。
何年にもわたって、天気予報で使用される技術は飛躍的に改善されてきました。現在の天気予報システムは、80 年代または 90 年代のものよりもはるかに正確です。
米国海洋大気庁 (NOAA) によると、気象庁による 5 日間の天気予報の精度は現在 90% です。 7 日間の予測は約 80% 正確です。これらの統計は、過去のデータと比較すると、より印象的になります。たとえば、今日の 5 日間のハリケーン予報は、2000 年代初頭の 4 日間の予報よりも正確であり、1990 年代前半の 3 日間の予報よりもはるかに正確です。
予報の精度は長年にわたって大幅に改善されてきましたが、気象予報士は、時々天気予報が外れると常に標的にされます。また、ソーシャル メディアの出現により、気象データが文脈から外れた形で表現されることがあり、気象予報部門が粗末な仕事をしているという印象を与えます。 「気象学者はゴールキーパーのようなものです。何回セーブしても、逃したものだけが記憶されます!」
気象学者は、天気予報がまだ正確な科学ではないことを認めています。多数の要因を分析することは、コンピューター用に完全にモデル化するのが難しい場合があります。おそらく、それが天候の美しさです。現在でも、すべてのスーパーコンピューターを使用して、人間が癇癪について推測し続けているのです!
研究の進歩と人工知能の使用により、天気予報は大幅に改善されています。 University Corporation for Atmospheric Research の社長である Richard Anthes 氏によると、今から数年後には、天気予報はゼロから 2 日間の時間枠で本質的に完璧になるでしょう。それが達成できれば、少なくとも 1 日か 2 日は天気の動きを完全に把握できるので、天気予報が大きく外れることを心配することなく、旅行や外出の計画を立てることができます!
