نوشته‌ها

هواشناسی و پیش بینی آب و هوا

ریشه لغوی

یونانیان واژه متیورولوگیا را، برگرفته از کلمه «متیوروس»، به معنی اشیای معلق در آزمایشهای مربوط به هوا، به اضافه «لوگوس» که به خطابه یا درس ترجمه شده‌است، برای این علم بکار برده‌اند. لیکن، امروزه مطالعه جو زمین چنان به رشته‌های تخصصی تقسیم شده‌است که واژه فراگیر متئورولوژی (هواشناسی) که از یونانیان باستان بر جای مانده‌است، هیچ‌کس را ارضا نمی‌کند. از اینرو، برای مطالعه بخشی از جو که در آن یونش و گسست مهم است و روی هم رفته بالاتر از ارتفاع حدود ۳۵Km قرار دارد، واژه آیرونومی (نزدیک جو بالا) را بکار می‌برند، در حالی که برخی، به عنوان نامی فراگیر، علم (یا علوم) جو را می‌پسندند.

دانشمند ایرانی سده پنجم هجری، ابوحاتم اسماعیل اسفزاری خراسانی برای نخستین بار در جهان پدیده‌های جوی و هواشناسی را به زبان فارسی در کتاب خود به نام آثار علوی گردآوری نموده است.

نگاه اجمالی

یک هواشناس در حال کار در اوکلاهوما

مطالعه و پژوهش دربارهٔ تمامی جنبه‌های جو زمین که بطور تفصیلی از سطح زمین تا سطح بالایی جو را در بر می‌گیرد، امروزه تحت عنوان علوم جوی نامیده می‌شود. واژه قدیمی و مصطلحتر هواشناسی مطالعه سطوح پایانی جو را، که دارای تغییرات دائمی است، شامل می‌شود. بشر از ابتدای خلقت به دلیل تماس نزدیک با طبیعت و مشاهده عینی پدیده‌های جوی همواره نسبت به کشف این پدیده‌ها کنجکاوی نشان داده‌است. اولین تجربه عینی پدیده‌های جوی شاید مشاهده رعد و برق و آتش گرفتن جنگلها بوده که بعدها به کشف آتش منجر شده‌است. همچنین اولین کوشش انسان برای تهیه غذا و کشاورزی نیز همراه با دیده بانی هوا بوده‌است.

هواشناسی شاخه‌ای تخصصی از فیزیک پیشرفته‌است که از ابزارهای ریاضی پیچیده‌ای بهره می‌گیرد و بر همه علوم فیزیک تکیه‌ای استوار دارد. هواشناسی بیش از همه با نظریه تابش الکترومغناطیسی، ترمودینامیک، مکانیک کلاسیک، فیزیک شاره‌ها، شیمی فیزیک و نظریه لایه مرزی سر و کار دارد. اگر جو زیرین نیز در آن گنجانده شود، فیزیک خورشید، طیف شناسی، فیزیک پلاسما، یونش، فیزیک ذرات بنیادی، پدیده‌های اشعه ایکس، نور شناخت، فیزیک پرتوی کیهانی، پدیده‌های برانگیزش، الکترودینامیک، مگنتوهیدرودینامیک، انتشار رادیویی و سایر فرایندهای مربوطه را نیز باید فرا گرفت.

تاریخچه

اولین بار ادموند هالی به سال ۱۶۸۸ اسنادی را در زمینه پدیده‌های جوی و نقشه‌های مربوطه به بادهای متواتر در سطح اقیانوسها، برای بخشی از سطح زمین منتشر می‌کند و در سال ۱۸۴۰ هوری نقشه بادهای اقیانوس‌ها را ترسیم و توان و جهت وزش آن‌ها را مشخص می‌سازد و بدین ترتیب در رفع نیاز دریانوردی گامی برداشته می‌شود.

نخستین اندیشمندی که رویدادهای هواشناسی را مدون و طبقه‌بندی نمود و او را باید، به‌حق، پدر دانش هواشناسی نامید، دانشمند ایرانی سده پنجم هجری، ابوحاتم اسماعیل اسفزاری خراسانی است که برای نخستین بار در جهان پدیده‌های جوی و هواشناسی را به زبان فارسی در کتاب خود به نام آثار علوی (به معنای واژه Meteorology)، گردآوری نموده است.

سیر تحولی و رشد

در اواخر قرن نوزدهم مطالعات جوشناسی در سطح زمین بویژه در زمینه اندازه‌گیری بارانها توسعه پیدا می‌کند و از سال ۱۹۱۶ مطالعه پدیده‌های جوی در زمینه پیش‌بینی هوا شکل می‌یابد و این بررسیها بر مبنای ویژگیهای سیستماتیک صورت می‌گیرد. در سالهای بعد، توسعه هوانوردی پیش بینیهای دقیقتری را در وسعت گسترده‌ای ایجاب می‌کند و آگاهی هوانوردان از حالات احتمالی آزمایشهای مربوط به هوا در ناحیه معین و برای یک لحظه از زمان الزامی می‌نماید و به منظور رفع همین نیاز هست که در پاره‌ای از نقاط دنیا سازمانهای هواشناسی بوجود می‌آید.

به تدریج به موازات توسعه شناساییهای علمی، برای بهره‌گیری منطقی از منابع اقتصادی زمین به آگاهیهای بیشتری از پدیده‌های جوی احساس نیز می‌شود، به گونه‌ای که برای شناخت قدرت هیدرولیکی ناهمواریها و «نفت سفید» کوهستانها به عنوان منبع زایش آبها، تعیین حجم متوسط آب رودخانه‌ها در رابطه با نوسان میزان بارندگی سالانه حوضه‌ها مورد توجه قرار می‌گیرد. همچنین پیشرفت علم کشاورزی به منظور کاشت و برداشت محصولات کشاورزی، مهندسین زراعی را به کسب اطلاعاتی در زمینه آب و هواشناسی وا می‌دارد و همین نیاز به عنوان انگیزه دیگری در پیشرفت تحقیقات کلیماتولوژی مؤثر می‌افتد.

پیش بینی آب و هوا

پیش بینی وضع هوا عبارت است از بکارگیری روش‌های علمی برای تخمین وضعیت جو در یک تا چند روز پس از زمان پیش‌بینی. بشر از هزاران سال پیش به پیش‌بینی وضعیت هوا می‌پرداخته است اما از قرن نوزدهم میلادی بود که پیش‌بینی برپایهٔ روشهای علمی آغاز گشت. پارامترهایی که معمولاً در پیش‌بینی وضعیت آب و هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرند شامل موارد زیر می‌گردد:

تعیین دما
اندازه‌گیری مقدار رطوبت جو
سنجش فشار جو
مشاهده وضع ظاهری آسمان (از نظر میزان وجود ابرها)
تعیین جهت باد و شبیه آن.

آینده شناسی، پیش بینی و پیش گویی

پیش بینی

پیش‌بینی در مورد اتفاقاتی که ممکن است در آینده بیافتند صحبت می کند. بیشتر پیش‌بینی‌ها بر مبنای تجربیات یا دانسته‌ها هستند. بین پیش‌بینی و پیش گویی تفاوت هایی وجود دارد. پیش‌بینی بیان اتفاقاتی است که انتظار می رود اتفاق بیافتند، اما پیش گویی محدوده وسیع تری را شامل می‌شود و ممکن است به مواردی اشاره کند که مورد انتظار نیستند. تضمینی برای درست بودن پیش بینی‌ها وجود ندارد اما پیش بینی امری بسیار مهم در برنامه ریزی است. هووارد استیونسون در مورد پیش‌بینی در امر تجارت می نویسد : “… پیش‌بینی حداقل دو ویژگی دارد : مهم و دشوار”

تفاوت پیش بینی و فرضیه
خارج از چارچوب سخت علم، در اغلب موارد پیش بینی با فرضیه اشتباه گرفته می شود.

پیش بینی در سیاستویرایش
پیش بینی در سیاست بیشتر برای انتخاب به کار می رود. موسسات و سازمان‌ها با استفاده از نظرسنجی‌ها و تکنیک‌های پیش بینی، اقدام به پیش بینی نتیجه انتخابات می کنند و از آن برای اهداف خود استفاده می کنند

پیش گویی

پیش‌گویی فرآیند برآورد در شرایط ناشناخته است. پیش‌بینی، اصطلاحی مشابه، اما عمومی‌تر است. هر دو این لغات می‌توانند به برآورد مجموعه‌های/ سری‌های زمانی (time series)، داده‌های میان‌بخشی (cross-sectional) یا وابسته به طول جغرافیایی (longitudinal) ارجاع دهند. کاربرد این لغات، میان حوزه‌های اجرایی متفاوت است: برای مثال در مبحث آب‌شناسی (hydrology)، عبارت “پیش‌گو” و “پیش‌گویی” گاهی برای برآورد ارزش‌ها در زمان‌های آیندهٔ خاص به کار می‌رود، در حالی که عبارت “پیش‌بینی” برای برآوردهای عمومی‌تر، از قبیل تعداد مواردی که در طی یک دوره زمانیِ طولانی سیل اتفاق می‌افتد، استفاده می‌شود. ریسک و عدم اطمینان موضوعات مرکزی در پیش‌گویی و پیش‌بینی هستند. پیش‌گویی در کاربستِ برنامه‌ریزی تقاضای مصرف‌کننده (Customer Demand Planning) در پیش‌گوییِ تجارت روزانه برای شرکت‌های تولیدی به کار می‌رود. از قواعدِ برنامه‌ریزی تقاضا، همچنین گاهی به عنوان پشتیبانِ پیش‌گوییِ زنجیره‌ای یاد می‌شود که هم پیش‌گوییِ آماری و هم یک فرآیند توافقی را در بر می‌گیرد. پیش‌گویی معمولاً در بحثِ داده‌های سری‌های زمانی استفاده می‌شود.

دسته‌بندی‌های روش‌های پیش‌گویی
روش‌های سری‌های زمانی (Time Series Methods)

روش‌های سری‌های زمانی، داده‌های تاریخی را به عنوان پایه‌ای برای برآورد برون‌دادهای آینده به کار می‌برند.

– پیش‌گوییِ غلطان (Rolling Forecast)، طرح‌ریزی برای آینده بر اساس اتفاقات گذشته است که معمولاً بر پایهٔ یک زمان‌بندی منظم جهت همراه ساختن داده‌ها، به روز می‌شود.

– میانگین محرک (Moving Average)

– میانگین محرک وزنی (Weighted Moving Average)

– روان‌سازیِ نمایی (Exponential Smoothing)

– کالمان فیلتر (Kalman Filter)

– برون‌یابی (Extrapolation)

– پیش‌بینی خطی (Linear Prediction)

– برآورد تمایل (Trend Estimation)

– منحنی رشد (Growth Curve)

– موضوعات (Topics)

روش‌های سببی/ آمار اقتصادی (Causal / Econometric Methods)

برخی از روش‌های پیش‌گویی این فرض را در نظر می‌گیرند که مشخص کردنِ عوامل مهمی که احتمالاً بر متغیری که تحت پیش‌گویی قرار گرفته است اثر می‌گذارند، ممکن است. برای مثال، فروش چترها می‌تواند با شرایط آب‌وهوایی مرتبط باشد. چنان‌چه علت‌ها فهمیده شوند، طرح‌ریزیِ متغیرهای تأثیرگذار می‌تواند فراهم شده و در پیش‌گویی به کار روند.

– تحلیل بازگشت/ کاهنده (Regression Analysis) با به‌کارگیریِ بازگشت خطی (Linear Regression) یا بازگشت غیرخطی (Non-linear Regression)

– میانگین متحرک خودکاهنده (Autoregressive Moving Average) (ARMA)

– میانگین متحرک یکپارچهٔ خودکاهنده (Autoregressive Integrated Moving Average) (ARIMA)

– آمار اقتصادی (Econometrics)

روش‌های قضاوتی (Judgmental methods)

روش‌های پیش‌گویی قضاوتی، قضاوت‌های شهودی، نظرات و برآوردهای احتمالاتیِ ذهنی را همراه می‌سازد.

– پیش‌گویی‌های مرکب (Composite Forecasts)

– پیمایش‌ها (Surveys)

– روش دلفی (Delphi Method)

– تدوین سناریو (Scenario Building)

– پیش‌گوییِ فن‌آوری (Technology Forecasting)

– پیش‌گویی قیاسی (Forecast by Analogy)

دیگر روش‌ها
– شبیه‌سازی (Simulation)

– بازار پیش‌بینی (Prediction Market)

– پیش‌گویی احتمالی (Probabilistic Forecasting) و پیش‌گویی جمعی (Ensemble Forecasting)

– پیش‌گویی کلاس مرجع (Reference Class Forecasting)

تفاوت پیش گویی خود محقق کننده و خود مخرب

پیش‌گویی محقق‌کننده (به انگلیسی: Self-fulfilling prophecy) یا پیش‌گویی خودانجام، آن‌گونه از پیش‌بینی را می‌گویند که بعد از آنکه اعلام یا صادر می‌شود خودش شرایطی ایجاد می‌کند که باعث می‌شود همان پیش‌گویی به حقیقت بپیوندد.

مثال تاریخی: در سال ۱۹۲۹ در ایالات متحدهٔ آمریکا بحران مالی پیش آمد و شایع شد که بانک‌ها ورشکست خواهند شد. به همین دلیل مردم به بانکها هجوم بردند و پولهای خود را بیرون کشیدند. همین موضوع باعث ورشکستگی بانکها شد.

مثال روان شناسی: کسی که به طور کلی خوشبین است و دیگران را انسانهایی خوب می‌داند و انتظار دارد از مردم برخورد خوب ببیند، احتمالاً با خوشرویی با مردم برخورد می‌کند و در نتیجه از آنها برخورد خوب و خوش اخلاقی می‌بیند. یا کسی که خود را خوش شانس می‌داند، بیشتر در رقابتهای مختلف شرکت می‌کند و در نتیجه، احتمال برنده شدنهایش بیشتر می‌شود.

پیش‌بینی محقق‌کننده در مقابل پیش‌گویی خودْمخرب (Self-defeating prophecy) قرار دارد. در پیش بینی خود-مخرب یک پیش بینی انجام می‌شود ولی خود آن شرایطی را به وجود می‌آورد که در نهایت مانع از به وقوع پیوستن آن می‌شوند. توجه داشته باشید که پیش بینی خود-مخرب با یک پیش‌بینی خودمحقق‌کننده که رویدادی منفی را پیش بینی می‌کند تفاوت دارد. برای مثال، مارکسیسم یک پیشگویی خود مخرب است. نظام سرمایه داری با عنایت به پیش گویی های مارکسیسم، نرخ مالیات را بالا می برد و از این رو، مانع از بروز شکاف طبقاتی عمیق و نابودی خود می شود