Chaos w atmosferze

Przewidywanie zjawisk meteorologicznych było dla człowieka koniecznością od zarania dziejów. Pierwotnie ludzie o świcie wychodzili z pieczary i patrząc w niebo zastanawiali się, czy to odpowiedni dzień, aby zapolować na mamuta. Później, kiedy zaczęli żyć z płodów ziemi, od pogody zależało czy mogli liczyć na dobre zbiory, czy też czekał ich nieurodzaj. Pogoda zaważyła na losach najsławniejszych bitew w historii świata…

Pierwsza prognoza

Za praojca meteorologii uchodzi żyjący w IV wieku p.n.e. Arystoteles. Napisał traktat Meteorologica o oddziaływaniach między ziemią, powietrzem i wodą. On pierwszy zrozumiał cykl obiegu wody: morza i oceany parują, para skrapla się w atmosferze, deszcz spada na lądy i wsiąka w ziemię, woda spływa do rzek i mórz, i tak w kółko. To jeszcze nie było prognozowanie pogody. Bliższym tego był żyjący pół wieku po Arystotelesie lekarz z Macedonii Aratos. Radził rolnikom, żeby obserwować chmury, kolor nieba, siłę wiatru, bo wtedy mogą przewidzieć, czy będzie świecić słońce, czy padać deszcz.

Sposób przewidywania pogody z tamtych czasów do niedawna praktykowali współcześni rolnicy, mieszkańcy wsi. Obserwując zmiany na niebie i w powietrzu, z dużą trafnością potrafili przewidzieć pogodę na najbliższe dni. Ta wiedza opierała się na spostrzeżeniach. I na tym, co o pogodzie powiadali starsi ludzie, czyli na doświadczeniu.

Tak było przez lata. Postępujące na Ziemi zmiany klimatu czynią tę starą wiedzę coraz bardziej bezużyteczną. Ludzie zdali się na prognozy w telewizji. Te jednak, mimo pomocy komputerów, nie zawsze się sprawdzają. I nie zanosi się na to, byśmy kiedykolwiek potrafili odczytać naturę w takim stopniu, żeby ze stuprocentową pewnością przewidzieć pogodę choćby na kilka dni. Atmosferą rządzi chaos.

1 sierpnia 1861 roku na łamach londyńskiego The Times wydrukowano pierwszą ogólnie dostępną prognozę pogody. Przyczyniła się do tego głośna morska tragedia. Dwa lata wcześniej parowo-żaglowy statek Royal Charter, który wiózł do Liverpoolu górników z australijskich kopalni oraz złoto, u wybrzeży Walii trafił na huragan. Sztorm o ogromnej sile zerwał łańcuchy kotwiczne i zepchnął jednostkę na skały. Statek zatonął. Spośród pół tysiąca osób uratowało się 39. Ta katastrofa i utrata złota wartego 120 milionów ówczesnych funtów odbiły się w Anglii szerokim echem. Ale, co ważniejsze, wreszcie zdecydowano się posłuchać admirała Roberta FitzRoya.

Admirał FitzRoy stał się sławny po swoim pięcioletnim rejsie dokoła świata, przez trzy oceany. Pasażerem na okręcie HMS Beagle, którym dowodził FitzRoy, był młody Karol Darwin. Dzięki tej wyprawie Darwin sformułował teorię ewolucji. Zaś FitzRoy został członkiem Królewskiego Towarzystwa Geograficznego. W tym szacownym gronie admirał domagał się, aby na okrętach Jej Królewskiej Mości obowiązkowo instalować barometry skonstruowane przez Bourdona.

FitzRoya, mimo jego morskich osiągnięć, uważano za nieszkodliwego dziwaka. Podobnie jak jego rówieśnika Francisa Beauforta, którego skalą do dzisiaj jest określana intensywność sztormów. Z powodu takiej opinii apele admirała do dworu i dowództwa floty nie przynosiły żadnych skutków. Aż do dnia zatonięcia Royal Charter. Dopiero utrata ogromnej wartości złota podziałała na wyobraźnię dworaków.

Odtąd nie tylko tzw. rurki Bourdona stały się obowiązkowym wyposażeniem statków, ale rząd i admiralicja sfinansowały kolejny pomysł FitzRoya. Admirał od dawna chciał, aby na Wyspach rozmieścić piętnaście stacji pomiarowych (siła i kierunek wiatru, opady, temperatura, ciśnienie), które telegrafem przekazywałyby dane do jednego miejsca. Analizę tych danych FitzRoy nazwał „prognozowaniem”.

Projekt admirała ukończono w lutym 1861 roku. Efektem była pierwsza, historyczna prognoza pogody na łamach The Times. Nikt sobie wtedy nie zdawał sprawy, jak epokowe to wydarzenie. Początkowo czytelnicy nie brali na poważnie tych prognoz. Ale już kilka miesięcy później jednym z głównych motywów kupowania gazety była ciekawość, jaka będzie pogoda. Gdy prognoza nie sprawdziła się (a często się nie sprawdzała), na przykład w dniu parady dworskiej, do pracy zabierali się satyrycy, wykpiwając skuteczność metody admirała FitzRoya.

Pogoda dla detonacji jądrowej

Prognozowanie pogody dla dużego obszaru, na podstawie naocznej obserwacji natury, było zawodne. Często ludowi przepowiadacze pogody robili to lepiej. Ale w ich przypadku dotyczyło to tylko kilku wiosek. Na początku XX wieku zrodził się pomysł, aby w prognozowanie pogody wprząc matematykę. Obliczać parametry aury tak, jak się mierzy ciężary, odległości, przyspieszenia itp.

Angielski fizyk Lewis Fry Richardson, syn grabarza, podjął się stworzenia prognozy matematycznej. Lubił wyzwania matematyczne. Między innymi sformułował paradoks linii brzegowej: jej długość rośnie w miarę stosowania coraz dokładniejszych metod pomiarowych. Wcześniej usiłował też z pomocą matematyki przewidzieć wybuchy wojen.

Richardson wykonał „obliczenia” pogody dla dwóch punktów w środkowej Europie. Wtedy było już wiele stacji meteorologicznych, które mierzyły zjawiska zachodzące w powietrzu. Richardson od nich zbierał dane. Jego prognoza w obu punktach nie sprawdziła się – i to radykalnie. Ale wytyczył drogę. Odtąd matematyka i meteorologia splotły się na zawsze.

Z dorobku Richardsona skorzystał w 1945 roku amerykański meteorolog Jack M. Hubbard. Armia USA zleciła mu wybrać odpowiedni dzień na dokonanie pierwszej próby jądrowej. Hubbard przedstawił przewidywania pogody na trzy tygodnie do przodu. Sprawdziły się w 90 procentach. Zaplanowaną na 16 lipca eksplozję nuklearną musiano opóźnić o trzy godziny z powodu lokalnej burzy w okolicy. Ta burza to było 10 procent błędu Hubbarda.

Pięć lat później, niemal stuprocentowo potwierdzoną prognozę pogody przedstawił dwudziestosiedmiotonowy ENIAC – jeden z pierwszych komputerów świata. Potrzebował doby, aby obliczyć pogodę w jednym miejscu na kolejny dzień.

Teraz do dyspozycji są komputery przeznaczone wyłącznie do prognozowania pogody. Mają niezwykłą moc obliczeniową. Ale i one się mylą. Nie potrafią przewidzieć, że gdzieś w amazońskiej dżungli motyle swoimi skrzydłami zakłócą przewidywany ruch powietrza.

Marcin Nowak