Als de weersvoorspellingen juist zijn, geven we zelden commentaar, maar we zijn vaak snel om te klagen wanneer ze verkeerd zijn. Zullen we er ooit in slagen het weer tot op het uur toe nauwkeurig te voorspellen?
Bij de voorbereidingen van een weerbericht komt veel kijken. Het proces begint met een globale momentopname van de atmosfeer op een bepaald tijdstip. De opname wordt dan in kaart gebracht in een driedimensionaal raster van punten die de hele wereldbol overspannen en zich uitstrekken van het aardoppervlak tot de stratosfeer (en soms zelfs hoger).
Weerkundigen proberen iets te voorspellen dat per definitie onvoorspelbaar is
Vervolgens wordt de opname vooruit bewogen met behulp van een supercomputer en een complex model dat het verloop van de atmosfeer beschrijft met natuurkundige vergelijkingen. Dit levert vele terabytes aan ruwe voorspellingsgegevens op. Het is dan de taak van weermannen en –vrouwen om die gegevens te interpreteren en om te zetten in een bruikbare weersverwachting die wordt uitgezonden voor het publiek.
Het vraagteken achter het weerbericht
Het weer voorspellen is een enorme uitdaging. Om te beginnen proberen we iets te voorspellen dat per definitie onvoorspelbaar is. De atmosfeer is een chaotisch systeem – een kleine toestandsverandering op de ene plaats, kan over tijd aanzienlijke gevolgen hebben op een andere plaats. Een zekere wetenschapper heeft erop gewezen dat dit een vorm is van het zogenaamde vlindereffect.
Eender welke fout in een voorspelling zal al snel verder ontwikkelen en nieuwe fouten veroorzaken op grote schaal. En aangezien we ons vooral moeten baseren op veronderstellingen om de atmosfeer in beeld te brengen, wordt al snel duidelijk hoe gemakkelijk voorspellingsfouten kunnen ontstaan. Voor een vlekkeloze weersvoorspelling zouden we elke afzonderlijke fout moeten kunnen rechtzetten.
Het voorspellingsvermogen is er zonder twijfel op verbeterd. Moderne weersverwachtingen zijn veel betrouwbaarder dan die voor het tijdperk van de supercomputer. De eerste gepubliceerde voorspellingen in het Verenigd Koninkrijk dateren zowaar uit 1861, toen Royal Navy officier en enthousiaste meteoroloog Robert Fitzroy weerberichten begon te publiceren in The Times.
Zijn werkwijze bestond er voornamelijk in weerkaarten te schetsen met behulp van waarnemingen op een klein aantal locaties, en voorspellingen te maken op basis van hoe het weer zich in het verleden ontwikkelde wanneer de kaarten vergelijkbaar waren. Zijn voorspellingen waren echter vaak verkeerd en de pers was meestal snel om kritiek te geven.
Er werd een grote sprong voorwaarts gemaakt toen in de jaren vijftig de weerexperten kennismaakten met de supercomputer. Het eerste computermodel was veel eenvoudiger dan die van vandaag, het voorspelde slechts één variabele op een raster met een afstand van meer dan 750 km.
Deze prestatie zette wel de deur open voor de moderne weersvoorspellingen die bovendien nog steeds gebaseerd zijn op dezelfde methodiek en dezelfde wiskunde. De huidige toestellen zijn echter veel complexer en voorspellen veel meer variabelen.
Tegenwoordig is een weersverwachting gebaseerd op meerdere versies van een weermodel. Werkzame weercentra gebruiken doorgaans een globaal model met een rasterafstand van ongeveer 10 km. De output daarvan wordt overgedragen aan een model in hoge resolutie dat een lokaal gebied omvat.
Om een idee te krijgen van hoe onzeker de voorspelling is, bekijken vele weercentra ook een aantal parallelle voorspellingen die elk gebaseerd zijn op een net iets andere eerste momentopname. Deze kleine verschillen ontwikkelen zich verder tijdens het verloop van de weersverwachting en geven de voorspellers een idee van hoe groot de kans is dat er iets gebeurt – bijvoorbeeld het percentage kans op regen.
De toekomst van het weerbericht
Het aanbreken van het supercomputertijdperk is van cruciaal belang geweest voor de wetenschappelijke ontwikkeling van weersvoorspellingen (en ook klimaatvoorspellingen). Moderne supercomputers zijn in staat om duizenden triljoenen berekeningen uit te voeren per seconde en kunnen petabytes (1 petabyte zijn 1000 terabytes) aan gegevens opslaan en verwerken. De Cray supercomputer van het Met Office – het KMI van het Verenigd Koninkrijk – heeft het verwerkingsvermogen en de gegevensopslag van ongeveer een miljoen Samsung Galaxy S9 smartphones.
Dit betekent dat we beschikken over het nodige verwerkingsvermogen om onze modellen in hoge resoluties weer te geven en meerdere variabelen op te nemen in onze voorspellingen. Bovendien kunnen we ook meer invoergegevens verwerken wanneer we onze eerste momentopname maken, waardoor we een meer accuraat beeld krijgen van de atmosfeer om de voorspelling op te baseren.
Zoals hierboven reeds werd aangehaald, hebben ontwikkelingen gezorgd voor een toename van het voorspellingsvermogen. In een studie in het Britse natuurwetenschappelijk tijdschrift Nature schetsten Peter Bauer, Alan Thorpe en Gilbert Brunet in 2015 een duidelijke beeld van de vooruitgang van de weersvoorspellingen en beschreven die als een “stille revolutie”.
Ze tonen aan dat de nauwkeurigheid van een vijfdaagse weersverwachting van nu vergelijkbaar is met die van een driedaagse weersverwachting van ongeveer 20 jaar geleden, en dat we elk decennium min of meer een dag aan voorspellingsvermogen winnen. De driedaagse weersverwachtingen van vandaag zijn in zekere zin even nauwkeurig als de tweedaagse verwachtingen van tien jaar geleden.
Maar is het waarschijnlijk dat deze vermogenstoename ook in de toekomst zal aanhouden? Dat is onder meer afhankelijk van de vooruitgang die we boeken met de supercomputertechnologie. Snellere supercomputers kunnen ervoor zorgen dat de modellen op hogere resoluties kunnen worden uitgewerkt en dat die meer atmosferische processen kunnen weergeven. In theorie zou dat leiden tot een verdere vooruitgang van het voorspellingsvermogen.
De wet van Moore stelt dat sinds de jaren zeventig ons computervermogen elke twee jaar is verdubbelt. Die koers is nu echter aan het vertragen, waardoor andere benaderingen nodig zullen zijn om in de toekomst vooruitgang te blijven boeken, bijvoorbeeld door de computerdoeltreffendheid van de modellen te verbeteren.
Zullen we er dan ooit in slagen het weer met 100% nauwkeurigheid te voorspellen? Het antwoord is nee. De atmosfeer bestaat uit 2x1044 (200 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000) moleculen die zich willekeurig verplaatsen – een poging om die allemaal weer te geven zou onmogelijk te meten zijn. Het chaotische karakter van het weer heeft tot gevolg dat zolang we veronderstellingen moeten doen over de processen in de atmosfeer, er altijd de mogelijkheid zal zijn dat er fouten ontstaan in een model.
Aan de ene kant kan verdere vooruitgang in de weermodellen deze statistische weergaven verbeteren en het mogelijk maken om realistischere veronderstellingen te doen. Snellere supercomputers aan de andere kant kunnen ons in staat stellen om meer details of resolutie aan onze weermodellen toe te kennen. Aan de basis van een weersvoorspelling zal echter steeds een model liggen dat altijd een aantal veronderstellingen nodig heeft.
Hoe dan ook, zolang er onderzoek wordt gedaan naar de verbetering van die veronderstellingen, ziet de toekomst van het weerbericht er veelbelovend uit. Hoe dicht we bij de perfecte weersvoorspelling kunnen komen, dat valt nog af te wachten.
Vertaling: Freja Verachtert
