Väderprognos kan inte förhindra hårt väder. Den kan dock upptäcka när stormar är på väg. Ju mer exakta dessa prognoser kan vara, desto bättre. Då kan folk planera för att undvika de värsta konsekvenserna.
Till exempel, när väderprognosmän förutspådde flera fot snö i slutet av januari, blev min dotter Laura orolig. Hon ville inte vara ensam med en sjuk bebis i sitt hem utanför Washington, DC. Hon ville inte heller överföra sin sons förkylning till vänners barn. Istället packade Laura ett par väskor. Hon spännde baby Martin i sin bilbarnstol. Sedan började hon köra natten innan snön började.
Stormen fick smeknamnet “Snowzilla.” Upp till en meter (3 fot) eller mer snö föll längs den amerikanska östkusten under de kommande två dagarna. En kvarts miljon människor tappade elektricitet. Minst 48 personer dog. Men tack vare väderprognoserna stängdes många skolor, företag och regeringskontor ner innan det värsta drabbade. New York City stängde till och med ner Broadway-föreställningar den helgen. Och Laura och Martin tillbringade en säker, stormfri helg i norra Ohio.
Exakta väderprognoser kräver god vetenskap. I den här berättelsen träffar du två forskare och en ingenjör vars arbete handlar om vått och vilt väder. Deras forskning kan hjälpa till att rädda liv när vädret ute blir skrämmande.
Mätningar på marken
“Aldrig i mina vildaste drömmar trodde jag att jag skulle få det här jobbet, ” säger Greg Carbin. Som pojke i Vermont såg Carbin massor av snöstormar. Och de fick honom att intressera sig för vetenskapen om väder. På college studerade han meteorologi – vetenskapen om väder och atmosfär. Nu leder Carbin prognosverksamheten vid Weather Prediction Center av National Weather Service i College Park, Md. Det drivs av National Oceanographic and Atmospheric Administration.
National Weather Service utfärdar varningar om tornados, översvämningar och andra allvarliga händelser. Åskväder spelar vanligtvis en nyckelroll i alla dessa. Men ett åskväder behöver tre saker för att existera, säger Carbin. “Atmosfären måste ha instabilitet, fukt och något för att lyfta den.”
Instabilitet i atmosfären uppstår när temperaturen på luften nära marken skiljer sig mycket från den högre upp. Ju större skillnad desto mer instabilitet.
Lyften kommer från
Naturligtvis är inte varje regnskur ett åskväder. Och inte varje åskväder orsakar problem. Stora problem uppstår när åskväder varar tillräckligt länge för att bygga i storlek och styrka. Det kräver
Mätningar på marken är avgörande för att förutse stormar. Under hela dagen skickar stationer över hela landet mätningar av temperatur, nederbörd och vindhastighet (och riktning) till National Weather Service. Dess datorer samlar in alla dessa data för Carbin och andra prognosmakare. Dessa prognosmakare granskar kartor som ritar ut data. Sedan kopplar de ihop prickarna – både bokstavligt och bildligt. De ritar linjer för att länka samman platser med liknande mått.
De här kartorna visar var områden med varm och kall luft kolliderar. Det hjälper prognosmakare att se var problemställen – stormar – kan uppstå.
Datorer kan också göra en del av den ritningen. “Men de gör det inte lika bra,” säger Carbin. “Jag måste göra den här analysen för hand och se alla subtiliteter som händer.” Vissa meteorologer ritar väderkartor så ofta som en gång i timmen.
Datorer spelar också en stor roll. Lyckligtvis, noterar Carbon, “Det finns mycket kraftfull datorkapacitet nu.” Mycket av fysiken bakom vädret kan beskrivas med ekvationer. Det betyder att forskare kan bygga
Datorer samlar också in och drar ihop alla mätningar som går in i väderkartorna som meteorologer förbereda. Dessa avläsningar kommer från hela världen, och högt över det också.
Ögon i himlen
Förmodligen är det enklaste sättet att mäta nederbörd på marken med en regnmätare. I sin enklaste form består den av en behållare för att fånga upp vatten och en mätstav. Ploppa en regnmätare utanför och se hur mycket vatten som fyller upp den i en stormhändelse. Låter lätt, eller hur?
Trots att de är lätta att använda täcker relativt få regnmätare jordens yta. “I själva verket skulle alla regnmätare i världen bara passa in i två basketplaner”, säger Dalia Kirschbaum på NASA i Greenbelt, Md. (NASA står för National Aeronautics and Space Administration.) Hon vet eftersom hon och hennes kollegor gjorde det. matten. De presenterade sitt arbete för European Geophysical Union vid sitt vårmöte 2014 i Wien, Österrike.
Väderradar kan täcka mycket mer landyta än en enda regnmätare. Den radarn skickar pulser av mikrovågor för att kartlägga stormar. Men det har begränsningar. Till exempel beror kraftiga regn som drabbar Kalifornien på hur en storm förstärks ute i Stilla havet. Noterar Kirschbaum, “Den markbaserade radarn kan inte se den stormen komma särskilt långt från kusten.”
Hon var nyfiken på nederbörd. Det beror på att mycket av hennes arbete handlar om vad som händer när kraftiga regn slår. För mycket regn som faller för snabbt kan leda till jordskred. Som
NASA använde data från uppdraget Global Precipitation Measurement (GPM) för att förbereda denna animation av nederbörd från orkanen Matthew den 8 oktober 2016. NASA SVS
GPM ser genom moln till stormar och nederbörd nedanför. Satellitens sensorer mäter mikrovågsstrålning. Dess energi har längre våglängder än synligt ljus. Men precis som synligt ljus studsar mikrovågsstrålning bort från saker som den träffar. De inkluderar regndroppar. “Baserat på vad sensorerna får tillbaka, kan du se lager för lager genom molnen och stormen”, förklarar Kirschbaum.
Ännu bättre, GPM kan upptäcka skillnader i mikrovågsstrålningen från solen som studsar av olika typer av nederbörd. “Med GPM kan vi faktiskt observera allt från lätt regn till kraftigt regn och snö”, säger hon. Data från denna och andra satelliter ger nu uppskattningar av nederbörd över hela världen var tredje timme.
Forskare vid NOAA, Naval Research Center och på andra ställen använder dessa data i sina väderprognoser. Till exempel kan data som visar var regnet är mest intensivt hjälpa prognosmakare att se hur stark en storm är. Dessa data ger också ledtrådar till en storms väg.
NASA producerar också visualiseringar — bilder eller diagram baserat på data. De hjälper forskare att förstå vad som händer med vädret. Och de hjälper prognosmakare att dela väderinformation med allmänheten. Satellitdata hjälper också till att förbättra väderprognosmodeller.
Till och med Kirschbaums forskning om jordskred använder GPM-data. “Genom att kunna ha regndata nästan i realtid,” säger hon, “kan jag bättre förstå where och när av var jordskredaktiviteten är möjligt.”
I en nyligen genomförd studie granskade hennes team data om jordskredhändelser runt om i världen. Visst, de dagar som mest sannolikt att se ett jordskred hade varit de med de värsta regnet. I en uppsättning data, visade de, inträffade sex av tio jordskred när dagens nederbörd på den platsen hade varit bland de översta 5 procenten av alla dagar på den platsen för 14 år tillbaka.
Men vädret är inte den enda faktorn som påverkar ett jordskreds potentiellt dödliga effekter. De flesta av dessa händelser inträffade i Asien, Nordamerika och Sydostasien. Men för de i Nordamerika var dödsfall mindre sannolika, fann teamet. Deras data tyder på att brist på pengar och utrustning för att reagera på katastrofer kan hjälpa till att förklara varför vissa jordskred leder till fler dödsfall.
Kirschbaum och hennes kollegor rapporterade om detta arbete, sent förra året, i Geomorfologi.
Jordnära
Karriärer som hanterar stormigt väder kan också vara väldigt jordnära. Som pojke byggde Robert Mason och hans vänner klippdammar för att skapa simhål. “Jag har alltid varit riktigt fascinerad av vattnets rörelse”, minns han. Nu är han
En forskare mäter hur snabbt vatten rinner i en bäck.Alan Cressler/USGS
Masons kontor spårar vattennivåer och flodflöden över hela USA. USGS har strömmätare på många platser längs floder och bäckar. Dessa mätare registrerar vattennivåer och låter USGS-personal beräkna strömflödet. Det är mängden vatten som passerar en specifik punkt under en viss tid. Strömflödet spelar roll eftersom det berättar om mängden vatten i en flod förändras. Den berättar också för forskarna vad som sannolikt kommer att hända nedströms.
“Vi på USGS går ut och mäter dessa flöden med jämna mellanrum”, noterar Mason. “Vi gör det under hela året – i normala flöden och i toppar och dalar. Och särskilt i översvämningshändelser.”
Mason och hans kollegor jämför vad som händer under kraftiga stormar med en flods tidigare mätningar. “Vi kan etablera ett samband mellan ett flöde och en vattennivå”, säger Mason. Den och andra uppgifter går till National Weather Service för dess datormodeller. Dessa modeller hjälper sedan byrån att bestämma när översvämningsvarningar ska utfärdas. Datan hjälper också till att förbättra modellerna, konstaterar Mason. Dessa modeller hjälper sedan prognosmakare att bestämma när en varning ska utfärdas i framtiden.
Strömdata är också nyckeln till att förstå hur förändringar som förändringar i markanvändningen kan påverka miljön. Att lägga till mer trottoar kan till exempel öka mängden avrinning från stormar (när vattnet inte kan tränga in i jorden). Avrinning kan erodera och vidga bäckar. Och färre gröna växter längs en bäcks stränder kan öka risken för översvämningar.
“Det är allt viktigare för oss att få en mer korrekt bild” av vad som händer i en flod, säger Mason. Det är särskilt sant när vattennivån närmar sig kritiska höjder, som toppen av en damm eller ytan på en väg. Analyser av data kan också hjälpa till att upptäcka framtida risker.
Flera skärmar hjälper denna prognosmakare att spåra väderutvecklingen och andra rapporter i och runt region vid National Weather Service's Norman Forecast Office i Oklahoma.
Kathiann M. Kowalski
USGS delar sina data med Army Corps of Engineers och andra statliga myndigheter. Dessa uppgifter hjälper dem att fatta beslut. Ska till exempel personer som ansvarar för en reservoar hålla tillbaka vattnet? Eller ska de släppa ut en del av det vattnet nu på ett kontrollerat sätt – innan en damm svämmar över?
“Reservoarer är en stor tillgång för att minska översvämningar och översvämningsskador”, säger Mason. “Men för att verkligen få ut så mycket som möjligt av dem är det viktigt att vi kan tajma in responsen.”
När ett område översvämmas kan USGS-team lägga ut mobila strömmätare och utrustning för att övervaka vilken förorening kan ha sköljt ut i floder. Forskare kan sedan spåra hur vattnet flyttar dessa föroreningar. Och det är viktigt. Bekämpningsmedel, konstgödsel och bly (och andra metaller) kan rinna av marken och ut i vattendrag. Därifrån kan dessa föroreningar skada människor eller miljön.
”Vi tittar också på annan data som vi kan samla in eller härleda från och geologi, säger Mason. “Det hjälper oss att informera oss om hur de tidigare historiska torkarna och översvämningarna såg ut.” Dessa data visar ofta “större variation än vad vi vanligtvis förväntar oss och vad vi vanligtvis planerar för”, säger Mason. Att förstå alla möjliga förhållanden spelar stor roll under en tid av klimatförändringar. När klimatmönstren förändras måste regeringar planera för mer extrema väderhändelser.
Denna typer av data kan också identifiera risker som folk annars kanske inte överväger. En färsk rapport använde historiska data för att uppskatta översvämningsrisker för kärnkraftverk. Masons team lämnade studien till Nuclear Regulatory Commission 2014. Översvämningar var en faktor som ledde till en katastrof vid kärnkraftverket i Fukushima. Översvämningen inträffade efter att en jordbävning och tsunami drabbade Japan 2011.
Leave a Reply