חיזוי מזג אוויר

המונח "תחזית מזג האוויר" מפנה לכאן. לערך העוסק בלהקה בשם זה, ראו Weather Report.

מבחינת האדם יש חשיבות לידיעת מזג האוויר הצפוי באזור מסוים בעתיד הקרוב. תחזית מזג האוויר משפיעה על פעולתם של חקלאים, תיירים, ולמעשה על כל אדם היוצא מביתו ומתלבט האם להצטייד במטריה או במשקפי שמש. מהלכים צבאיים מושפעים במידה רבה ממזג האוויר, כך למשל התלבטו האם להוציא את הפלישה לנורמנדי עד לרגע האחרון בשל מזג האוויר הצפוי.

בעבר הייתה התחזית בלתי מדויקת לחלוטין, ותרבויות שונות הסתמכו על סימנים שונים על מנת לחזות אותו. אולם כיום משתמשים בדרכים אמינות יותר לאיסוף המידע והצגתו, כמו מכ"ם עננים, קלימוגרף ומפה סינופטית. מפאת העובדה שיש מערכות מטאורולוגיות שונות שמתנהגות על אותו בסיס כל פעם (כמו שקעים), ניתן לזהותן ולצפות את המשך התפתחות המערכת. אולם, שיטה זו אינה מדויקת ויכולה לכשול אם המערכת הנוכחית לא מתנהגת כרגיל.

בשנת 1922 פרסם ל.פ. ריצ'רדסון (Lewis Fry Richardson) את המאמר Weather Prediction by Numerical Process ובו הציג את תוכניתו לביצוע חיזוי נומרי, אולם לתהליך שהציע היו שתי מגבלות: היעדר מכונת חישוב ומערכת משוואות לקויה בפתרון שהניבה. בעקבות זאת, נעשה בשנת 1948, ניסיון נוסף על ידי ז'. צ'רני ופון נוימן והפעם באמצעות מחשב, אולם התוצאות היו דלות ולא משביעות רצון.

אחת הבעיות בהן נתקל החיזוי מזג האוויר הוא חוסר היכולת לחזות התפתחות של מערכת פיזיקלית, תופעה הקרויה כאוס. היטיב לתאר זאת המתמטיקאי אדוארד לורנץ, כאשר בהרצאה שנשא בשנת 1979 שאל את הנוכחים אם משק כנפיו של פרפר ביערות ברזיל עלול לחולל סופת טורנדו בטקסס.

התקדמות ניכרת בחיזוי הנומרי הושגה רק משפותחו מחשבי העל; אנשי תוכנית החלל שנזקקו לכוח חישוב רב לתכנון משימותיהם ואנשי המטאורולוגיה שנזקקו לעבד סימולציות של תהליכים אטמוספיריים, היו ועודם צרכנים של מחשבים בעלי יכולות חישוב אדירות ומחשבי על שנבנו עבורם החלו להפיק מנוסחאות מסובכות ביותר, תוצאות נתונים שאפשר היה להסתמך עליהם.

חיזוי נומרי של מזג האוויר מתבצע באמצעות מודל מטאורולוגי המורץ על גבי מחשב, לרוב על גבי מחשב-על עקב העומס החישובי שנדרש לשם כך. המודל המטאורולוגי הוא מודל מתמטי המחלק את העולם לסריג (Grid) תלת-ממדי כאשר כל תא בסריג מכיל את המשתנים המטאורולוגיים החזויים באזורו הגאוגרפי. על ידי שימוש במשוואות כגון משוואות זרימה ומשוואות תרומדינמיקה, מחושב כיצד ישתנו המשתנים בכל סריג כעבור פרק זמן - תהליך זה נקרא צעד זמן. לאחר שמתבצע צעד זמן מוזנים הנתונים שהתקבלו מהצעד שנית אל המודל כדי לבצע צעד זמן נוסף וחזור חלילה. כיוון שהמודל אינו חוזה בדיוק מלא את העתיד בכל צעד זמן ישנה שגיאה, כך שהצעד שבא לאחריו מתבסס על מידע פחות מהימן ולרוב נוטה לייצר שגיאה גדולה יותר לאחר מכן. עקב אופיין הלא ליניארי של משוואות הזרימה שגיאה קטנה בנתונים המוכנסים לצעד של המודל עלולה לגרום לשגיאה משמעותית יותר, על כן לא ניתן לחזות לטווחי זמן ארוכים.

טרם הפעלת המודל מתבצע תהליך של איסוף מידע כדי לייצר נתונים לצעד הזמן הראשון. כיוון שלא בהכרח ניתן לאסף נתונים בכל תא ותא בסריג טרם הצעד הראשון מתבצעת אינטרפולציה אשר מעריכה במקורב את הנתונים עבור כל תא. אפשרות נוספת אשר היא שימוש בתוצאות של מודל קדום אשר בתוכם הוטמעו נתונים מתוך המדידות, תהליך זה נקרא הטמעת נתונים (Data assimilation).

המודלים העיקריים שמשמשים את התעשייה והצרכנים הפרטיים בעולם הם מודלים שממומנים ברמה לאומית או ברמה בין לאומית על ידי איגוד של מדינות, ולצורך כתיבת הקוד שלהם מתבצע שיתוף פעולה בין מספר אוניברסיטאות. מדינת ישראל חברה בארגון ECMWF שמריץ את המודל המטאורולוגי האירופאי. היא מיוצגת דרך השירות המטאורולוגי הישראלי שכפוף למשרד התחבורה.

כל הארגונים אשר מריצים מודלים מטארולגים חברים בארגון המטארולוגיה העולמי שמספק להם נתונים מטאורולוגיים מכל רחבי העולם.

מודלים ידועים

• ECMWF
• GFS
• UKMET
• WRF

באופן כללי, חיזוי מזג אוויר מסייע לחזות עומסי חום מסוכנים או קור קיצוני שעשויים לפגוע בחיי אדם, שיטפונות, תנאי רוח קיצוניים או סיכוני קרינת אולטרא סגול. מעבר לכך, ישנם שימושים ספציפיים למטאורולוגיה:

• תנאי תעופה – מטאורולוגיה מסייעת לחזות תופעות מזג אוויר שיפריעו לתנועת מטוסים בשמיים (כיסי אוויר) או לנחיתתם בנמלי תעופה (ערפל), פעילות דאונים וגלישת רוח. תנאי עננות ומזג אוויר משפיעים על שיגורי לוויינים.
• תנאי ים – מטאורולוגיה מסייעת לחזות את מצב הים המתבטא בגובה גלים ובכך להעריך אפשרות קיום פעילות ימית (מצבי ים מסוימים דורשים האטת מהירות ואף מהווים סכנה להתהפכות כלי שיט), כניסת או יציאת אוניות מנמלים, סיכון לרוחצים ופעילות ספורט ימי כגון גלישת גלים.
• חקלאות – חקלאים מתעניינים במידת ההתאיידות על מנת לקבוע את מידת ההשקיה הנדרשת.
• מניעת שריפות – ניתן להעריך את הסיכון לשריפות באופן שיקל למנוע את היווצרותן או התפשטותן.
• תצפיות אסטרונומיות – אסטרונומים מתעניינים בעיקר בנתוני כיסוי עננים ולחות.

• טפיגרמה
• תחזית עונתית
• מפה סינופטית
• אקלים ארץ ישראל
• בלון לחיזוי מזג אוויר

מיזמי קרן ויקימדיה
ציטוטים בוויקיציטוט: חיזוי מזג אוויר

• צפריר רינת, חיזוי מזג האוויר השתפר דרמטית. עכשיו צריך לתת לו להציל את המדינות המתפתחות, באתר הארץ, 31 בינואר 2019
• רחלי מלק-בודה, ‏שינויי מזג אוויר: האם החזאים יעלמו מהמסך?, בעיתון מקור ראשון, 23 באוגוסט 2020
•   יואב כהן, משחק תפקידים | "אם צריך לסגור את ירושלים כי עומד לרדת בה שלג - אנחנו מאחורי ההחלטה הזאת", באתר TheMarker‏, 30 בנובמבר 2021
• science/medium-range-weather-forecasting חיזוי מזג אוויר, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
•   חיזוי מזג אוויר, דף שער בספרייה הלאומית