Vremea vrajbei noastre

Vremea vrajbei noastre

Desi sunt descrise prin ecuatiile deterministe ale fizicii ? dinamica fluidelor si termodinamica - si elaborate cu ajutorul unor supercomputere, previziunile meteorologice raman, mereu si mereu, aproximative. Vremea este imprevizibila, iar pentru acest adevar deprimant, Cecilia Stroe a gasit si o explicatie stiintifica: Teoria Haosului.

De circa un secol, oamenii de stiinta cunosc faptul ca posibilitatea de a prognoza cu exactitate evolutia unui sistem dinamic neliniar, cum este si cel meteorologic, reprezinta practic o iluzie. Din cauza unei intregi serii de evenimente asa-numite haotice, astfel de previziuni pe termen lung nu sunt posibile.

Vina o poarta "hipersensibilitatea la conditiile initiale", caracteristica oricarui sistem haotic. Este ceea ce face si vremea imprevizibila.

Teoria Haosului spune ca sistemele care se supun unor reguli simple pot avea comportamente complicate; de altfel, tocmai descoperirea haosului a dat la iveala confuzia fundamentala dintre legi si comportamentele pe care acestea le genereaza - confuzie intre cauze si efectele acestora. Descoperirea haosului determinist demonstreaza felul in care modele matematice lipsite de orice element aleatoriu in ecuatiile care le definesc sunt in masura sa dea nastere unor miscari atat de imprevizibile, incat acestea din urma aproape ca nu pot fi deosebite de cele generate prin actiunea unor procese cu adevarat intamplatoare. Mai mult, la ora actuala oamenii de stiinta au ajuns la concluzia ca ordinea si haosul sunt indisolubil legate, constituind doua conditii diferite ale unui sistem dinamic neliniar aflat in continua evolutie.

Vantul schimbarii

In prezent, in cazul unei previziuni pentru 24 de ore, exista in jur de 86% probabilitati ca aceasta sa se adevereasca. In limbaj de specialitate, acesta este nivelul mediu "de realizare" a unei prognoze pe termen scurt acceptat la nivel international, pentru ca, in cazul celor pe termen mai lung (pentru o perioada de o luna sau sezoniere), procentul scade pana spre 60%, precizeaza Teodora Cumpanasu, sefa Centrului National de Prognoza Meteo (CNPM) din cadrul Autoritatii Nationale pentru Mediu (ANM).

Un sistem dinamic neliniar precum cel meteorologic este alcatuit dintr-un numar urias de elemente care interactioneaza intre ele, hipersensibile chiar si la actiunea celui mai neinsemnat factor. Un element aparent insignifiant poate genera o perturbare haotica majora, motiv pentru care meteorologii trebuie sa ia in calcul chiar si cele mai mici modificari din jurul nostru: vantul care se porneste pe neasteptate, norii care se formeaza sau se deplaseaza, fluctuatiile de temperatura. Toate sunt semnale de schimbare a vremii capabile sa rastoarne chiar si cea mai simpla prognoza.

"Jucaria" stricata

Despre oamenii de stiinta moderni se spune ca se comporta de ceva vreme aidoma copiilor, care atunci cand primesc o jucarie nu se lasa pana n-o dezmembreaza pentru a vedea cum functioneaza, dupa care incearca sa o reconstruiasca pentru a se juca in continuare cu ea. In laborator, poate fi studiat procesul prin care moleculele de CO2 absorb radiatiile infrarosii, contribuind la aparitia vestitului efect de sera. Pot fi de asemenea analizate miscarile unor portiuni de aer si principalele procese termodinamice din atmosfera. Dar, in vreme ce, in cazul sistemelor mecanice, oamenilor de stiinta le este usor sa reconstituie "jucaria" in integralitatea sa, cand vine vorba despre un sistem de felul atmosferei Pamantului, lucrurile incep sa se complice.

Aripile fluturelui

O vreme, fizicienii au crezut ca, reducand gradul de incertitudine al conditiilor initiale, vor putea sa prevada cu o acuratete aproape desavarsita felul in care va evolua un sistem. La anul 1900, matematicianul francez Henry Poincaré a descoperit insa ca anumite sisteme astronomice nu se supun acestei reguli. El a aratat ca o mica imperfectiune poate creste in timp cu o viteza enorma, ceea ce inseamna ca doua conditii initiale aproape identice pot produce doua rezultate complet diferite. Descoperirea sistemelor cu hipersensibilitate la conditiile initiale a lui Poincaré conduce la ceea ce astazi se numeste haos. A fost insa nevoie sa treaca mai multe zeci de ani pentru ca descoperirea sa fie recunoscuta de catre comunitatea stiintifica internationala.

In 1960, la Massachusetts Institute of Technology din Statele Unite, matematicianul si meteorologul Edward Lorenz cerceta posibilitatile realizarii de predictii meteo pe termen lung. Rezultatele simularilor sale climatice, simulari realizate pe un computer rudimentar, au fost publicate in 1963. In articolul intitulat Deterministic Nonperiodic Flow, plecand de la un model dinamic neliniar pentru descrierea miscarilor convective din atmosfera, Lorenz prezenta fenomenul haosului determinist, avansand ideea ca bataia din aripi a unui fluture poate produce o schimbare aparent nesemnificativa in atmosfera, dar capabila sa declanseze in cealalta parte a lumii o tornada. Concluziile lui Lorenz erau similare celor formulate de Poincaré cu 60 de ani inainte, dar sensibilitatea la conditiile initiale a devenit cunoscuta abia gratie meteorologului american, care a botezat-o Butterfly Effect, Efectul Fluturelui.

Daca Efectul Fluturelui, expresia metaforica a Teoriei Haosului, subliniaza felul in care, in majoritatea sistemelor biologice, chimice, fizice, economice si sociale, exista unele elemente care, insignifiante in aparenta, sunt in masura, interactionand intre ele, sa se amplifice si sa se propage producand efecte catastrofale, pentru a reface istoria haosului trebuie sa ne intoarcem mii de ani in trecut, pana la anticii filosofi greci.

Acestia sustineau ca orice miscare si orice structura sunt guvernate de legile cauzei si efectului - ceea ce astazi se numeste determinism -, ca orice eveniment sau actiune reprezinta rezultatul celor precedente, asadar, in principiu, este previzibil.

Pentru ca determinismul sa fie aplicat la proprietatile universale materiale ale unui sistem, a fost nevoie ca acestea sa fie exprimate sub forma unor masuratori clare sub raport cantitativ, iar valoarea acestor masuratori sa ilustreze ceea ce astazi numim "conditiile initiale ale unui sistem". Conform legilor determinismului, nimic nu se afla la voia intamplarii: conditii initiale similare vor produce efecte similare, ca in legile lui Newton.

Totusi, nici o masuratoare nu poate fi indeajuns de exacta: ea contine intotdeauna un element de incertitudine care, mai devreme sau mai tarziu, va influenta orice predictie. Pe nesimtite, determinismul a murit, iar probabilitatea a luat locul certitudinii.

Procesele atmosferice sunt extrem de variate si de complexe, reunind de la fenomene limitate si de scurta durata, precum furtunile, la macrofenomene de felul anticiclonilor, care afecteaza arii extinse si persista vreme de saptamani, sau de felul sistemelor musonice, care implica oceane si continente vreme de luni intregi. Exista si alti factori capabili sa modifice sensibil comportamentul perturbarilor atmosferice: lanturile muntoase, lacurile si marile zone impadurite.

Modelele numerice de previziune meteorologica descriu miscarea particulelor gazoase ce alcatuiesc atmosfera terestra; asadar, plecand de la o conditie initiala, aceste modele simuleaza evolutia viitoare a atmosferei; si totusi, chiar si atunci cand modelul este perfect, indeterminarea in estimarea situatiei initiale, provenita din masuratorile facute in teritoriu, nu permite nici macar teoretic o determinare univoca a situatiei meteorologice prevazute dupa o anumita perioada de timp.

Exista asadar un orizont temporal dincolo de care nu se pot face previziuni riguroase cu aceste modele. Teoretic, la ora actuala acest orizont este estimat la 15 zile, dar in practica, dupa 7-10 zile cu greu se mai poate vorbi de acuratete.

Elaborarea prognozei meteo este o munca foarte complexa, explica Teodora Cumpanasu. "Intr-un timp extrem de scurt, uneori nu mai mult de o jumatate de ora, meteorologul de serviciu din ziua respectiva trebuie sa analizeze un volum enorm de date." Ceea ce presupune operatiuni care merg de la analiza evolutiei situatiei atmosferice de sol si de altitudine din ultimele 24 de ore in spatiul atlantico-european (date de sol si de altitudine, imagini din satelit, descarcari electrice), la compararea acesteia cu anticiparile din ziua precedenta, dar si la evaluarea rezultatelor modelelor atmosferice globale si pe arie limitata, disponibile la punctele de elaborare a prognozei meteo (CNPM si cele 6 Servicii Regionale de Prognoza a Vremii).

Urmeaza analizarea rezultatelor procesarii statistice asupra rezultatelor modelelor, procesare care, folosind sirurile lungi de date de la statiile meteorologice de suprafata, realizeaza o ultima corectie. Si asta nu e tot. In fiecare zi, la ora 10.30, meteorologii previzionisti din Baneasa si cei aflati in centrele regionale intra in teleconferinta. "Toate informatiile trebuie sa fie asimilate si prelucrate pentru ca in final meteorologul sa elaboreze o prognoza, sa o gandeasca in termeni stiintifici si apoi sa o transforme intr-un text accesibil publicului larg", precizeaza interlocutoarea noastra.

In prezent, teritoriul Romaniei este supravegheat de 8 radare de tip Doppler, in masura sa determine pozitia, directia de deplasare si structura formatiunilor noroase si sa estimeze cantitatea si tipul precipitatiilor atmosferice. Reteaua nationala de statii meteorologice este compusa din 160 de puncte, in cadrul carora sunt observati si masurati indicatori precum temperatura si umezeala din aer, nebulozitatea si vizibilitatea orizontala a acestuia, presiunea atmosferica, directia si viteza vantului, temperatura suprafetei solului si durata de stralucire a Soarelui; dupa caz, mai sunt analizate depunerile solide ori grosimea si caracterul stratului de zapada.

In cadrul celor sapte Centre Meteorologice Regionale - Muntenia, Banat-Crisana, Transilvania Nord, Transilvania Sud, Oltenia, Moldova si Dobrogea, un numar de 5 statii meteorologice realizeaza masuratori ale temperaturii apei marii si ale inaltimii si frecventei valurilor.

Incepand cu anul 2004, Centrul pentru Prognoza Meteo din cadrul ANM este membru cooperant al Centrului Meteorologic European pentru previziuni pe durata medie (European Centre for Medium-Range Weather Forecast - ECMWF) din Marea Britanie. "Eminenta cenusie" a meteorologiei europene, computerul multiprocesor al ECMWF de la Reading, realizeaza circa 400 de milioane de calcule pe secunda, primeste in fiecare zi 100 de milioane de masuratori climatice din toata lumea si, teoretic, in trei ore de lucru continuu, poate elabora o previziune valida pentru 10 zile.FACTS

Timpul, probabil
Multi cred ca 2003 a fost cel mai fierbinte dintre ultimii 50 de ani, pentru ca isi amintesc de valul de caldura estivala care a pus pe jar Europa; expertii in clima considera insa ca, in emisfera nordica, anul cel mai cald a fost 2005. Fenomene climatice extreme (caldura mare si frig excesiv) au existat dintotdeauna, numai ca, in prezent, incalzirea globala determina o intensificare a acestora.

Conform specialistilor americani in meteorologie, un nou anotimp devastator ar putea incepe in orice moment, pentru ca ciclonii atlantici sunt inca activi. Analizand temperaturile Atlanticului in iarna 2005-2006, specialistii de la Universitatea de Stat din Colorado au prevazut pentru anul acesta 17 furtuni tropicale (in 2005 au fost 26, iar media este de 9,6), dintre care cel putin 9 se vor transforma in uragane (media este de 6,2), iar 5 vor depasi nivelul 3, pe o scara de la 1 la 5. Astfel, spun meteorologii, anul acesta exista 81% sanse sa se formeze un uragan cu o intensitate asemanatoare celei inregistrate de Katrina in 2005.

Europa nu este o zona a uraganelor, dar furtunile sunt aici la ele acasa. Doua studii recente realizate de ETH (Institutul Federal de Tehnologie) de la Zürich si de cercetatori de la Universitatea din Reading, Marea Britanie, spun ca pana in 2010 frecventa ploilor foarte violente va creste. Regiunile alpine si cele europene de la peste 45º latitudine (inclusiv orase precum Londra, Stockholm sau Berlin) vor inregistra precipitatii foarte violente in toate anotimpurile.

2006 ? anul furtunilor? ?Nu putem nici confirma, nici infirma acest lucru?, spune Teodora Cumpanasu, directoarea Centrului National de Prognoza Meteo; cert este, precizeaza ea, ca in contextul actual al schimbarilor climatice, este posibil ca in 2006 sa asistam din nou in Romania la aparitia si inmultirea unor astfel de fenomene. ?Dezastrele meteoclimatice sunt previzibile, desigur, dar totul depinde de anticipatia cu care se poate face aceasta previziune. Daca ne referim la anticipatii care merg pana la maximum trei ore, acestea sunt confirmate cu mare acuratete cu ajutorul radarelor Doppler.?

Meteosensibilitate
Presiune atmosferica in scadere, umiditate egala cu 90%: dureri de cap, atacuri cardiace, probleme respiratorii si aparitia artritei. Temperatura sub zero: boli de inima. Zile innorate: pericol de depresie. Fulgere, caldura, ploaie, umezeala si soare ? vremea, ca este frumoasa sau ca e urata, are un efect profund asupra vietii noastre. Ne influenteaza organismul, vointa si emotiile. In numeroase cazuri, legatura este clara si in mod cert biologica. Alteori, felul in care vremea actioneaza asupra noastra este obscur, dar impresionant.

Atunci cand frigul nordic ataca zonele montane ale Americii Centrale, multi indieni se imbolnavesc de o forma mortala de pneumonie; in zonele temperate ale Americii de Nord, timpul variabil de la venirea primaverii este purtator de gripe si acelasi lucru se intampla si in Europa meridionala.

In Elvetia, cand bate Föhnul din Alpi, infractorii acuzati de acte de violenta (si chiar de crima) beneficiaza de circumstante atenuante ? se considera ca aerul puternic ionizat al acestui vant poate accentua anumite dezechilibre mentale latente. In Franta meridionala, vantul cald si umed numit Il vent du midi este in mod obisnuit facut responsabil de cele mai diverse ?rele?; de la dureri de cap si dureri reumatice, la atacuri de epilepsie si de astm si la felurite manifestari ale unor boli infantile.

Locuitorii din Tanger dau vina pe Leventer, vantul oriental care vine dinspre Mediterana, pentru durerile de cap si chiar pentru sentimentele de oprimare care ii incearca uneori. In vreme ce nord-africanii cred ca Scirocco, vantul fierbinte si nisipos care sufla din Sahara, ii deprima pe oameni pana la a-i aduce in pragul sinuciderii.

Regatul zeilor. Timpul probabil al anticilor
Babilonienii, care traiau in fertilele vai ale Tigrului si Eufratului, se bazau pe astrologi pentru a prevedea fenomenele astronomice si terestre. Predictiile lor, scrijelite pe placi de teracota, se intemeiau pe observarea miscarilor planetelor si, in mod deosebit, pe prezenta unor pete in jurul Soarelui sau al Lunii.

In urma cu mai bine de 3.000 de ani, chinezii stabilisera deja un calendar agricol marcat de 24 de sarbatori, fiecare dintre acestea avand un tip deosebit de vreme. In general, popoarele antice considerau fenomenele meteo raspunsuri binevoitoare sau rauvoitoare ale anumitor zei la faptele oamenilor.

Marduk la babilonieni, Osiris la egipteni, Zeus si Poseidon la greci se numarau printre divinitatile care controlau vremea.

Haosul inconjurator
Studii mai aprofundate ale haosului, facute de Lorenz si de alti savanti, au dus la descoperirea faptului ca, la scara larga, sistemele haotice ordoneaza structuri si tipare. Asa a aparut geometria fractala, care descrie sistemele haotice intalnite in natura; aceasta abordare a permis identificarea importantei proceselor recursive in natura.

De atunci, structuri fractale au fost descoperite in multe intamplari ale vietii: de la dinamica popoarelor, la traiectoria asteroizilor in sistemul solar sau la cea a satelitilor artificiali, de la turbulentele din jurul unui submarin sau ale unui avion, la evolutia Bursei. Chiar si inima omului functioneaza dupa un tipar haotic: intervalul dintre bataile inimii nu ramane constant, ci depinde de activitatea depusa de fiecare om in parte si de nivelul de stres la care acesta este supus.

Evul Mediu si Renasterea

In Evul Mediu, perioada in care domneste, necontestata, astrologia, meteorologia inregistreaza o involutie profunda; sub influenta civilizatiei arabe, se intareste credinta in influenta astrelor asupra vremii.

Fenomenele atmosferice incep sa fie abordate stiintific de-abia in Renastere. Apoi, pe la anul 1800, oamenii de stiinta incep sa fie convinsi ca vremea nu depinde atat de conditiile atmosferice locale, cat de deplasarea perturbatiilor meteorologice pe distante de mii de kilometri.

In acest fel se intuieste ca pentru intelegerea fenomenelor meteorologice este nevoie de reprezentarea sinoptica, adica simultana, a tuturor observatiilor privitoare la vreme pe arii cat mai extinse posibil. In aceasta perioada apar primele harti meteorologice, trasate pe baza observatiilor sinoptice comunicate prin posta, dar va trebui sa se inventeze telegraful (1835) pentru ca analiza sinoptica a vremii sa poata fi facuta in timp real si sa capete o valoare practica.
Desteptarea ratiunii
Ca in multe alte domenii ale cunoasterii, tot grecii au fost primii care au facut lumina si in meteorologie, care la acea vreme reunea un larg evantai de discipline, precum astronomia, geografia si seismologia.

In secolul V i.Hr., Anaxagoras a pus la punct o schema a formarii precipitatiilor, iar Empedocle a stabilit teoria celor 4 elemente: pamant, aer, foc, apa, ale caror combinatii generau frigul, caldura, umiditatea si seceta. In tratatul sau de meteorologie, Aristotel (384-322 i.Hr.) a descris majoritatea fenomenelor atmosferice, incercand sa dea explicatii plauzibile cu privire la ciclul apei si al vantului.

Tot el a teoretizat faptul ca formarea norilor necesita o scadere a temperaturii si ca ceata, grindina, zapada si ploaia sunt aspecte diferite ale aceluiasi fenomen: condensarea.

Dupa noi, potopul
Vreme de milenii, omul a trait dupa strategia parazitului, in dauna organismului viu care-l gazduieste. Acum, asediat de poluare si de anomaliile climatice, el nu mai stie drumul inapoi. Distrugerea habitatului natural, disparitia multor specii, efectul de sera, toate reprezinta o agresiune prelungita, fata de care Terra reactioneaza declansand o lunga serie de dezastre naturale, inundatii si uragane, tot mai multe si mai violente, plus evenimente climatice extreme, precum veri toride si perioade anormale de frig.

Planeta pe care locuim nu mai detine anticorpi pentru a se apara. De aceea, ataca. Este ceea ce sustine cu tarie James Lovelock, un biofizician englez care, in 1979, a pus la punct o teorie cu un succes rasunator: planeta Pamant este un fel de organism viu, pe nume Gaia (dupa numele zeitei Terra a grecilor antici), un sistem in masura sa se autoregleze si sa-si mentina propriul echilibru natural.

Daca, in anii ?80, teoria lui Lovelock parea incurajatoare (orice activitate umana parea posibila, avand in vedere ca Gaia oricum era capabila sa-si poarte singura de grija), in The Revenge of Gaia, noua carte a biofizicianului englez, lansata in luna februarie in Marea Britanie, acesta afirma ca lumea in care traim a trecut pragul dincolo de care nu mai poate face nimic pentru a evita ca, pana la finele acestui secol, schimbarile cauzate de activitatea umana sa distruga intreaga civilizatie.

Timpuri noi
Impulsul decisiv al realizarii primei retele de observatie sinoptica este dat de un eveniment tragic: in 1854, o furtuna furioasa izbucnita in Marea Neagra in timpul Razboiului din Crimeea scufunda mai multe nave ale flotei anglo-franceze, iar englezii ajung la surprinzatoarea concluzie ca respectiva catastrofa ar fi putut fi evitata.

Bazele meteorologiei moderne au fost puse mai ales de lucrarile elaborate intre 1900 si 1930 de catre trei mari oameni de stiinta: L.F. Richardson, H. Jeffreys si B. Bjerknes.

EXPERTS

Atentie la... avertizari!
Pentru un interval cuprins intre 1 si 7 zile, metodologia de prognoza se bazeaza pe rezultatele modelelor hidrodinamice ale atmosferei, un set de ecuatii matematice complicate care ilustreaza dinamica fluidului atmosferic si a proceselor sale fizice. Acestea sunt integrate in timp pornind de la o stare initiala cunoscuta a atmosferei, pentru a se obtine starea probabila pentru un interval de maximum 10 zile, in cazul modelelor globale performante. Dincolo de acest interval, erorile in prognozarea starii atmosferice sunt prea mari pentru ca starea initiala sa mai poata fi luata in considerare.

Din pacate, anul 2005 ne-a fortat intr-un fel sa ne specializam in emiterea si transmiterea cat mai rapida a avertizarilor meteorologice. In flux rapid, avertizarile noastre ajung imediat la Ministerul Mediului, Ministerul Apararii si Inspectoratul General pentru Situatii de Urgenta, iar de acolo sunt transmise la nivel de judet; pana aici fluxul este extrem de rapid, fara sincope si fara intarzieri, dupa care lucrurile scapa putin de sub control, pentru ca avertizarile nu sunt luate intotdeauna in serios de catre autoritatile locale.

Exista unele erori de perceptie cu privire la previziunile meteorologice. In parte este si vina noastra, poate nu reusim sa identificam de fiecare data cea mai reusita formula de exprimare pentru a transmite publicului exact tipul de manifestari meteorologice pe care le prevedem pentru urmatorul interval; aici este un capitol in care incercam sa iesim putin din inertie, sa schimbam putin standardele, sa ne ancoram in prezent si in acest domeniu.

La celelalte capitole stam foarte bine: tehnologia de care dispunem este la nivelul marilor centre europene si mondiale, iar personalul este foarte bine pregatit.

Raportat la ce se intampla in restul lumii civilizate, stam excelent mai ales la procentele de realizare pentru prognoze. In ultimul timp s-a constatat o certa imbunatatire a prognozelor noastre pe termen scurt: avem dovada avertizarilor meteo pe care le-am emis in timpul anului trecut, avertizari care, din nefericire pentru cei aflati in zonele afectate, s-au adeverit in proportie de peste 90%.

Teodora Cumpanasu, directoarea Centrului National de Prognoza Meteo

Sursa: http://www.descopera.ro/