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天気予報の科学は毎日公衆の精査に委ねられています。予測が正しい場合は、コメントすることはめったにありませんが、予測が間違っている場合はすぐに文句を言うことがあります。私たちはその時に正確な完璧な予測を達成する可能性がありますか？
天気予報の作成には多くのステップがあります。それは、地球全体を網羅し、地表から成層圏まで（そして時にはそれ以上）広がる点の三次元グリッド上にマッピングされた、ある時点での大気の地球規模の「スナップショット」としての生活を始めます。
スーパーコンピュータと物理方程式を使って大気の振る舞いを記述する洗練されたモデルを使用して、このスナップショットは時間をずらして進められ、数テラバイトの生の予測データが生成されます。その後、データを解釈し、それを一般に放送される意味のある予測に変換することは、人間の予測者に任されます。
天気のいいか
天気予報は大きな挑戦です。まず最初に、我々は本質的に予測不可能な何かを予測しようとしています。大気は混沌としたシステムです - ある場所での大気の状態の小さな変化は他の場所で時間とともに驚くべき結果をもたらすことができます、それはいわゆるバタフライ効果として1人の科学者によって類推されました。
予測に誤差が生じると、それが急激に大きくなり、さらに大規模な誤差が発生します。そして、大気をモデル化するときには多くの仮定をしなければならないので、予測誤差がどれほど簡単に発生するかが明らかになります。完璧な予測をするためには、あらゆるエラーを取り除く必要があります。
予測スキルは向上しています。現代の予報は確かに彼らがスーパーコンピュータ時代以前のものよりはるかに信頼性が高いです。イギリスで最も早く発表された予報は、1861年に王立海軍士官と熱心な気象学者ロバート・フィッツロイがThe Timesで予報を発表し始めたときに遡ります。
彼の方法は、少数の場所からの観測を使用して天気図を描き、過去の天気図が似ていたときの天気の変化に基づいて予測を行うことでした。しかし、彼の予想はしばしば間違っていた、そしてマスコミは通常批判しやすい。
1950年代にスーパーコンピュータが予測コミュニティに紹介されたとき、大きな飛躍がもたらされました。最初のコンピュータモデルは、今日のものよりはるかに単純で、750 kmを超える間隔でグリッド上の1つの変数のみを予測しました。
今日のモデルはより複雑であり、より多くの変数を予測することができますが、この研究は現代の予測の道を切り開きました。その原理は依然として同じアプローチと同じ数学に基づいています。
今日では、天気予報は通常、天気モデルの複数回の実行で構成されています。運用上の気象センターは通常、約10kmのグリッド間隔でグローバルモデルを実行し、その出力はローカルエリア上で実行されるより高解像度のモデルに渡されます。
天気予報の不確実性を把握するために、多くの天気予報センターでは、最初のスナップショットに若干の変更を加えた多数の並行天気予報も実行されています。これらの小さな変化は予測の間に大きくなり、何かが起こる可能性の予測値を予測者に与えます - 例えば、それが雨が降る可能性のパーセンテージ。
予測の未来
スーパーコンピューター時代は、天気予報（そして実際には気候予報）の科学を発展させることを可能にするのに重要でした。現代のスーパーコンピュータは、毎秒数千兆の計算を実行することができ、ペタバイトのデータを格納し処理することができます。英国のMet OfficeにあるCrayスーパーコンピュータは、約100万台のSamsung Galaxy S9スマートフォンの処理能力とデータストレージを備えています。
つまり、モデルを高解像度で実行し、予測に複数の変数を含めることができます。また、最初の「スナップショット」を生成するときに、より多くの入力データを処理して、予測を開始するための大気のより正確な画像を作成できることも意味します。
この進歩は予測スキルの向上をもたらしました。これのきちんとした定量化が 自然 ピーターバウアー、アランソープ、およびギルバートブルネットによる2015年からの研究は、「静かな革命」として天気予報の進歩を説明しました。
彼らは、今日の5日間の予報の正確さは、約20年前の3日間の予報の精度と同等であることを示し、そして10年ごとに、私たちは約1日分のスキルを身に付けることができます。基本的に、今日の3日間の予測は10年前の2日間の予測と同じくらい正確です。
しかし、このスキルの向上は将来も続く可能性がありますか？これは部分的には私たちがスーパーコンピュータ技術でどんな進歩ができるかにかかっています。より高速なスーパーコンピュータは、理論的には予測スキルのさらなる向上につながる、より高い解像度でモデルを実行し、さらに多くの大気プロセスを表すことができることを意味します。
ムーアの法則によると、1970年代から2年ごとにコンピューティング能力が倍増しています。しかし、最近はこれが鈍化しているため、将来の進歩のためには、モデルの計算効率の向上など、他のアプローチが必要になる可能性があります。
それでは、100％の精度で天気を予測することができるでしょうか。一言で言えば、いいえ。ランダムな動きをしている大気中には2×10 44（200,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000）分子があります - それらを表現しようとするのは計り知れないでしょう。混沌とした天候の性質は、大気中のプロセスについて仮定しなければならない限り、モデルがエラーを発生させる可能性が常にあることを意味します。
気象モデリングの進歩はこれらの統計的表現を改善し、より現実的な仮定を立てることを可能にし、より速いスーパーコンピュータは私たちの気象モデルにより多くの詳細や解像度を追加することを可能にするかもしれません。仮定
しかし、これらの仮定を改善するための研究がある限り、天気予報の将来は明るく見えます。しかし、完璧な予測にどれだけ近づけることができるかはまだわかりません。
この記事は、Jon ShonkがThe Conversationに掲載したものです。ここで元の記事を読んでください。