Muhtemelen her sabah yaptığınız ilk şeylerden biri, havanın nasıl olduğunu görmek için pencereden dışarı bakmaktır. Hepimiz o gün havanın nasıl olacağını bilmek isteriz. Ancak bazen hava bizi şaşırtır ve çok hızlı bir değişim gösterir. Bir gün önce şort ile dolaşıyorken ertesi gün palto giymek zorunda kalabilirsiniz. Yani hava durumu tahmini her zaman tutmaz.
Muhtemel bu durum karşısında da aklınıza şu soru gelir. Dünyadaki tüm teknolojik mucizelere rağmen hava durumunu tahmin etmek neden hala zor? Aslına bakarsanız 1970’lere göre hava durumu tahmininde çok daha iyiyiz.
Bir zamanlar hava durum tahmini için yapılabilecek tek şey bulutları ve sıcaklığı incelemek, sonra hava koşullarının benzer olduğu eski bir günün kaydını aramak ve en sonunda bu eski kaydı ele alarak mevcut günün hava koşullarının nasıl olacağını tahmin etmek biçimindeydi. Tahmin edeceğiniz gibi sonuçta ortaya çıkan tahminler de çok tutarlı olmuyordu.
Elbette, hava durumunu “hesaplamak” da mümkündür. Örneğin Birinci Dünya Savaşı’nda İngiliz matematikçi Lewis Richardson, hava durumunu tahmin etmek için matematik kullanmayı denedi. İşe sonraki altı saatteki hava durumunu tahmin etmeye çalışarak başladı. Dışarıya bakacak, hızlı bir hesap yapacak ve altı saat sonra havanın nasıl olacağını bulacaktı. Ancak Richardson zaman konusunda biraz yanılmıştı. Hesabı altı saat değil altı hafta sürmüştü.
Deneyimlediğimiz hava durumu, termodinamik ve akışkanlar dinamiği denklemleri tarafından yönetilen, atmosfer ve okyanuslardaki karmaşık fiziğin bir sonucudur. Ancak bu denklemlerin bazılarını çözmek inanılmaz derecede zor, hatta belki de imkansızdır. Bu nedenle araştırmacılar, denklemlerin çözümlerini yaklaşık olarak tahmin etmek için bilgisayarları kullanırlar.
Hava Durumu Tahmini Nasıl Yapılır?
Bir hava durumu tahmininin arkasındaki genel fikir nispeten basittir. Sıcaklık, hava basıncı ve yoğunluğu, rüzgar hızı ve havanın nem içeriği gibi mevcut hava durumunu tanımlayan faktörlerin ölçümlerini alarak başlarsınız.
Daha sonra bu başlangıç değerlerini, Navier-Stokes denklemleri üzerine inşa edilmiş bir matematiksel modele uygularsınız. İşte sorun burada başlar. ( Detaylar için: Navier-Stokes Denklemlerini Matematikçiler Neden Çözemiyorlar?)
Navier-Stokes denklemleri aslında matematiğin en büyük açık problemlerinden birinin konusudur. Bu denklemlerin en genel biçimi için bile fiziksel olarak anlamlı çözümlerin olup olmadığını kimse bilmiyor. Meteorologlar, altta yatan denklemleri tam olarak çözemez. Bunun yerine sayısal hava tahmini adı verilen bir yaklaşımla yaklaşık çözümler bulmaya çalışırlar.
Bunun için tıpkı bir TV veya bilgisayar monitörünün bir görüntüyü piksellere ayırması gibi, Dünya’yı ve atmosferini bir ızgaraya bölerler. Sonucunda bir monitördeki her piksele tek bir renk atanır. Benzer bir biçimde sayısal hava durumu tahmininde ise her ızgara kutusuna da basınç, nem, sıcaklık vb tek bir değer atanır. Sonrasında da ilgili denklemlerin basitleştirilmiş versiyonları bu ızgaralarda çalıştırılır ve tahminler yapılır.
Hava Durumunu Tahmin Etmek Neden Zordur?
Bu simülasyonlar, önümüzdeki birkaç gün için bize oldukça iyi tahminler verecektir. Ancak bu tip bir tahmin kısa vadeli hava durumu tahmini için işe yarayacaktır. Tahminleri atmosferin durumu hakkında daha fazla bilgi toplayarak, hava durumu balonlarından, hava istasyonlarından gelen beslemeleri kullanarak iyileştirebiliriz.
Ancak tahmini birkaç hafta aralığına genişletmeye çalıştığımızda bir sorunla karşılaşırız. 1961’de bilgisayar hava durumu tahmini üzerinde çalışan Edward Lorenz, aralarında çok küçük bir fark olan bir simülasyonun iki versiyonunu çalıştırdı.
Sonuç tahmin sonuçları şaşırtıcıydı çünkü tamamen farklı çıkmıştı. Başlangıçta fark edilmeyecek kadar küçük olan bir fark, kademeli olarak sistem içinde büyümüştü. Sonuçta bu küçük farktan dolayı da iki simülasyon sonuçları birbirine hiç benzemiyordu.
Bir çok kişinin bildiği bu hikaye Kelebek Etkisi ve Kaos Teorisi kavramlarının doğuşuydu. Hava kaotik bir sistem olduğu için, orta vadeli tahmin yani 15 gün sonra havanın nasıl olacağının tahmin edilmesi kolay değildir.
Uzun vadeli hava tahmini ise onlarca yıldan yüzyıllara uzanan bir aralığı kapsar ve iklim dediğimiz şeyi ortaya koyar. Mükemmel iklim tahminleri yapmak asla mümkün değildir çünkü altta yatan kaos her zaman sisteme etki edecektir. Ancak işlerin ortalama olarak nasıl değişeceğini yine de uzun vadeli tahminle ile dile getirebiliriz.
Gökyüzüne Bakarak Hava Durumunu Tahmin Edebilir miyiz?
Sahip olduğumuz teknolojilerin öncesinde hava durumunu tahmin etmek için doğayı izliyorduk. Hatta günümüzde bile doğa gözlemiyle tahmin yapıp, hava tahmin raporlarının yanıldığı durumlarda, onlardan çok daha doğru çıkarımlara ulaşabilen insanlar mevcut.
Doğa gözlemiyle hava tahmini yapmak için sadece Güneş’i izlemeniz bile yeterlidir. Denizcilere tanıdık gelen bir atasözü “Sabahın kızıllığı akşamı kış eder, akşamın kızıllığı sabahı güz eder” biçimindedir. Bu sözün doğruluk payı vardır.
Ilıman bölgelerde, hava sistemleri genellikle batıdan doğuya doğru yavaş biçimde hareket eder. Eğer günbatımında batıya doğru baktığınızda kırmızı bir gökyüzü görüyorsanız, orada kuru bir hava ve yüksek basınç sistemi mevcuttur. Yüksek basıncın görüldüğü yerlerde hava genellikle yağış olmaz. Bu, ertesi sabah yüksek ihtimalle güneşli bir güne uyanacağınız anlamına gelir.
Eğer ki gün doğumunda doğuda kırmızı bir gökyüzü görüyorsanız da, kuru havanın sizden uzaklaştığını anlarsınız. Bu durumda arkasından gelen bir alçak basınç alanı olacaktır. Bu durumda yağış muhtemeldir. Ancak hatırlatalım. Bu söz, hakim rüzgarların doğudan batıya hareket etme eğiliminde olduğu tropik bölgelerde işe yaramaz. Öte yandan, tropik bölgelerdeki hava çok daha kararlıdır. Bu nedenle bu tür bir pratik kurala daha az ihtiyaç vardır.
Doğru Tahmin İçin Ağaçlara da Bakabiliriz
Ağaçları izleyip bir tahmin yapabilmek için öncelikle bazı bilgileri öğrenmemiz gerek. Bu bilgiler ağaçların döngüleri ile ilgilidir. Örneğin ilkbahardan önce dişbudak ve meşe ağaçlarını izleyenler, eğer meşeler dişbudaklardan önce canlanmaya başlamışsa o yazın kurak geçebileceğini tahmin eder.
Bunun nedeni, meşe yapraklarının gelişimi hava sıcaklığının artmasına bağlıyken, dişbudakların yapraklarını yeşertmek için günlerin uzamasını beklemesidir. Hiç şaşmayan bir işaret arıyorsanız çam ağaçlarına bakın. Bu ağaçlar nemli havalarda kozalaklarını kapatırlar. Bu da yağmurun yaklaştığının habercisidir.
Ayrıca mevsim uygunsa papatyalar da size hava durumu hakkında fikir verebilir. Yağmur yoldaysa, papatya yaprakları tek bir damlanın bile içeri girmesine izin vermemek için kapanır ve hatta başlarını aşağı eğer. Ancak hava güzel olduğunda, açık kalırlar. Bu tepki mekanizması sadece gündüzleri çalışır. Çünkü papatyalar diğer birçok çiçek gibi akşamları kendilerini kapatır.
Kısacası, en kapsamlı ölçümler yanılabilir ama doğa yanılmaz. Özellikle de hava tahmini söz konusu olduğunda dillerini öğrenirseniz doğru cevaplara erişebilirsiniz.
Kaynaklar ve ileri okumalar:
- Randall Munroe; How To: Absurd Scientific Advice for Common Real-World Problems; Riverhead Books – 2019
- How nature can help you predict the weather; Yayınlanma tarihi: 20 Ekim 2018; Kaynak site: Science Focus. Bağlantı: How nature can help you predict the weather/
- Alley, R.B., K.A. Emanuel and F. Zhang. “Advances in weather prediction.” Science, 365, 6425 (January 2019): 342-344 © 2019 The Author(s
Matematiksel
