مطالعه تازه: حد نهایی پیش بینی هوا به ۱۲۹ روز می رسد

تصور کنید صبح از خواب بیدار شوید و گزارشی هواشناسی ببینید که چهار ماه بعد هم همچنان معنا و اعتبار داشته باشد. شبیه داستان‌های علمی تخیلی به نظر می‌رسد. با این حال، یک مطالعه تازه می‌گوید شاید برای مدت زمانی که جو می‌تواند اطلاعات قابل استفاده را در خود نگه دارد، یک سقف سخت و فیزیکی وجود داشته باشد؛ حدود ۱۲۹ روز.

پرسش درباره پیش‌بینی‌پذیری بلندمدت، به اندازه خود پیش‌بینی عددی آب و هوا قدمت دارد. از دهه ۱۹۵۰، پیش‌بینی‌گران و نظریه‌پردازان بررسی کرده‌اند که خطاهای بسیار کوچک در شرایط اولیه چگونه به اشتباهات بزرگ در پیش‌بینی تبدیل می‌شوند. این روش، یعنی مشاهده رشد خطا، چیزهای زیادی به ما آموخته است، اما یک نقطه کور باقی می‌گذارد: اگر این خطاها بسیار کوچک‌تر از هر چیزی باشند که امروز قادر به اندازه‌گیری آن هستیم، چه رخ می‌دهد؟

دو دانشمند علوم جوی از زاویه‌ای متفاوت به این معما نزدیک شدند. آن‌ها به جای دنبال کردن خطاها، انرژی را دنبال کردند. اگر وضعیت جو را کاملا می‌دانستید و فیزیک حاکم بر آن را هم به‌درستی می‌شناختید، چه چیزی می‌توانست این دانسته را از بین ببرد؟ پاسخ شگفت‌انگیز است: نور خورشید. نه گرمای آن، بلکه عدم قطعیت در مقیاس کوانتومی که فوتون‌های ورودی با خود حمل می‌کنند.

فوتون‌هایی که از خورشید می‌رسند، فازهایی دارند که در سطح کوانتومی اساسا ناشناختنی‌اند. این ناشناخته‌های بسیار کوچک از راه تابش وارد جو می‌شوند، سپس به وسیله بادها، همرفت و فرایندهای شیمیایی در هم می‌آمیزند و تقویت می‌شوند. با گذشت زمان، عدم قطعیت گسترش می‌یابد و حافظه حالت اولیه، حتی اگر کاملا شناخته شده باشد، جای خود را به آن می‌دهد. این گروه پژوهشی لحظه وقوع این فرایند را نقطه گردش انرژی می‌نامد؛ لحظه‌ای که پیش‌بینی‌پذیری درونی جو رو به پایان می‌رود.

پژوهشگران با محاسبه برآوردهایی از کل انرژی جو، ورودی انرژی خورشیدی و عدم قطعیت‌های واقعی در مشاهدات، به یک حد احتمالی برای پیش‌بینی‌پذیری درونی رسیدند: ۱۲۹ ± ۷ روز. این عدد بسیار فراتر از افق تقریبا دو هفته‌ای پیش‌بینی‌های دقیق و پیشرفته امروزی است. اما به معنای آن نیست که در تمام این ماه‌های اضافه، همان سطح وضوح و اطمینان وجود خواهد داشت. بر اساس تحلیل آن‌ها، فقط حدود نیمی از این بازه می‌تواند راهنمایی واقعا مهارت‌مندانه ارائه دهد. برای نمونه، سطح اطمینانی که امروز از یک پیش‌بینی ۵ روزه انتظار داریم، در اصل شاید تا حدود ۶۲ روز دوام بیاورد و پس از آن اعتماد به پیش‌بینی کاهش یابد.

این پژوهش که در نشریه پیشرفت‌ها در علوم جوی منتشر شده، حاصل کار دکتر وی ژانگ از دانشگاه میامی و مؤسسه همکار اداره ملی اقیانوسی و جوی آمریکا برای مطالعات دریایی و جوی، به همراه دکتر زولتان توث، پژوهشگر پیشین همین سازمان است. نتیجه این کار یک سقف نظری برای پیش‌بینی‌پذیری درونی جو ارائه می‌کند؛ البته محرک‌های بیرونی، مانند فوران‌های آتشفشانی یا تغییرات ناگهانی اقیانوسی، همچنان محدودیت‌های خاص خود را بر پیش‌بینی آب و هوا تحمیل خواهند کرد.

چنین نظریه‌ای افق جاه‌طلبی در علم هواشناسی را تغییر می‌دهد. این دیدگاه یک معیار در اختیار ما می‌گذارد: مرزی دوردست که نشان می‌دهد فیزیک چه چیزی را مجاز می‌داند و ابزارها و مدل‌های ما باید تا کجا پیش بروند. اکنون نویسندگان این پژوهش و دیگر دانشمندان در حال ساخت برآوردهای مستقل برای آزمودن این ایده‌اند. اگر عدد ۱۲۹ روز پابرجا بماند، هم دعوتی تازه و هم چالشی جدی برای علم پیش‌بینی خواهد بود؛ اینکه تا چه اندازه می‌توانیم خود را به آن افق نزدیک کنیم؟