From 2016 to 2019, meteorologists saw record-breaking heat waves around the globe, rampant wildfires in California and Australia, and the longest run of category 5 tropical cyclones on record. The number of extreme weather events has been increasing for the last 40 years, and current predictions suggest that trend will continue. But are these natural disasters simply bad weather? Or are they due to our changing climate? To answer this question we need to understand the differences between weather and climate— what they are, how we predict them, and what those predictions can tell us.
از ۲۰۱۶ تا ۲۰۱۹، هواشناسان رکورد موج گرم را در سراسر زمین را دیدند، که باعث آتش سوزی شایع در کالیفرنیا و استرالیا شده است، و رکورد طولانیترین زمان جریانهای گرمسیری نوع ۵ شده است. تعداد روزهای با هوای بیشازحد گرم در طول ۴۰ سال درحال افزایش است، و پیشبینیهای حاضر میگویند که این افزایش ادامه خواهد داشت. اما آیا این بلایای طبیعی به علت آبوهوای بد عادی است؟ یا به علت تغییرات آبوهوا میباشد؟ برای پاسخ به این سوال ما نیاز داریم تا تفاوت هوا و آبوهوا را درک کنیم که چه هستند، چگونه آنها را پیشبینی میکنیم، و این پیشبینیها به ما چه میگویند.
Meteorologists define weather as the conditions of the atmosphere at a particular time and place. Currently, researchers can predict a region’s weather for the next week with roughly 80% accuracy. Climate describes a region’s average atmospheric conditions over periods of a month or more. Climate predictions can forecast average temperatures for decades to come, but they can’t tell us what specific weather events to expect.
هواشناسان هوا را وضعیتی از اتمسفر در مکان و زمان مشخص تعریف میکنند. درحال حاضر، محققان میتوانند با دقت ۸۰ درصد پیشبینی کنند که هوای یک منطقه برای یک هفته آینده چگونه است. آبوهوا به معنای شرایط جوی متوسط یک منطقه در یک دوره یک ماهه یا بیشتر میباشد. پیشبینی آبوهوا میتواند میانگین دما را برای دهههای آینده پیشبینی کند، اما آنها نمیتوانند به ما بگویند دقیقا باید منتظر چه واقعه آبوهوایی باشیم.
These two types of predictions give us such different information because they’re based on different data.
این دونوع پیشبینی به ما اطلاعات متفاوتی میدهد زیرا هرکدام از آنها براساس دادههای متفاوتی انجام میشوند.
To forecast weather, meteorologists need to measure the atmosphere’s initial conditions. These are the current levels of precipitation, air pressure, humidity, wind speed and wind direction that determine a region’s weather. Twice every day, meteorologists from over 800 stations around the globe release balloons into the atmosphere. These balloons carry instruments called radiosondes, which measure initial conditions and transmit their findings to international weather centers. Meteorologists then run the data through predictive physics models that generate the final weather forecast.
برای پیشبینی هوا هواشناسان نیاز دارند تا وضعیت اولیه اتمسفر را اندازهگیری کنند. منظور از آن، میزان فعلی بارش، فشار هوا، رطوبت، سرعت باد و جهت باد هستند که هوای یک منطقه را مشخص میکنند. هواشناسان، روزانه دوبار از بیش از ۸۰۰ پایگاه در سراسر زمین بالونهایی را به اتمسفر آزاد میکنند. این بالونها وسایلی به نام رادیوسوند با خود حمل میکنند، که وضعیت اولیه را اندازهگیری میکند و یافتههای خود را به مراکز جهانی هوا منتقل میکنند. هواشناسان سپس دادهها را از طریق مدلهای فیزیکی پیشبینی شده اجرا میکنند که پیشبینی پایانی هوا را تولید میکنند.
Unfortunately, there’s something stopping this global web of data from producing a perfect prediction: weather is a fundamentally chaotic system. This means it’s incredibly sensitive and impossible to perfectly forecast without absolute knowledge of all the system’s elements. In a period of just ten days, even incredibly small disturbances can massively impact atmospheric conditions— making it impossible to reliably predict weather beyond two weeks.
متاسفانه، چیزهایی وجود دارند که جلوی دادههای جهانی را برای ساخت یک پیشبینی بینقص میگیرند: هوا اساسا یک سیستم آشفته است. این بدان معناست که سیستم بسیار حساس است درصورت نداشتن اطلاعات کامل از هر عنصر، پیشبینی بیعیب غیرممکن میشود. در یک دوره ده روزه، حتی تغییرات فوقالعاده کوچک تاثیر گستردهای بر وضعیت اتمسفر میگذارد که پیشبینی هوای قابل اطمینان را برای بیش از دو هفته غیرممکن میکند.
Climate prediction, on the other hand, is far less turbulent. This is partly because a region’s climate is, by definition, the average of all its weather data. But also because climate forecasts ignore what’s currently happening in the atmosphere, and focus on the range of what could happen. These parameters are known as boundary conditions, and as their name suggests, they act as constraints on climate and weather.
در آن طرف، پیشبینی آبوهوا بسیار کمتر آشفته است. بخشی از این بدان علت است که براساس تعریف، آبوهوای یک منطقه میانگین تمام دادههای هوا است. همچنین پیشبینیهای آبوهوا چیزی که هماکنون در اتمسفر اتفاق میافتد را نادیده میگیرد و برروی بازه چیزهایی که ممکن است اتفاق بیفتد تمرکز میکند. این پارامترها به عنوان شرایط مرزی شناخته میشوند، و همانطور که از اسمشان پیداست، آنها در مرز بین هوا و آبوهوا قرار دارند.
One example of a boundary condition is solar radiation. By analyzing the precise distance and angle between a location and the sun, we can determine the amount of heat that area will receive. And since we know how the sun behaves throughout the year, we can accurately predict its effects on temperature. Averaged across years of data, this reveals periodic patterns, including seasons.
یک مثال از شرایط مرزی، تابش خورشیدی است. با تجزیه و تحلیل فاصله و زاویه دقیق بین یک مکان و خورشید، ما میتوانیم مقدار گرمای دریافتیِ آن منطقه را تعیین کنیم. و از آنجا که میدانیم خورشید در طول سال چگونه رفتار میکند، ما میتوانیم اثرات آن برروی دما را بطور دقیق پیشبینی کنیم. دادههای متوسط چندین سال، یک الگوی دورهای را نشان میدهد که شامل فصلها میشود.
Most boundary conditions have well-defined values that change slowly, if at all. This allows researchers to reliably predict climate years into the future. But here’s where it gets tricky. Even the slightest change in these boundary conditions represents a much larger shift for the chaotic weather system. For example, Earth’s surface temperature has warmed by almost 1 degree Celsius over the last 150 years. This might seem like a minor shift, but this 1-degree change has added the energy equivalent of roughly one million nuclear warheads into the atmosphere. This massive surge of energy has already led to a dramatic increase in the number of heatwaves, droughts, and storm surges.
اغلب شرایط مرزی، دارای مقادیر مشخصی هستند که درصورت تغییر بسیار آهسته تغییر میکنند. این به محققان اجازه میدهد که تا چند سال آینده آبوهوا را پیشبینی کنند. اما نکته همینجاست. حتی کوچکترین تغییر در شرایط مرزی تغییرات بسیار بزرگی را در سیستم آشفته ایجاد میکند. برای مثال، دمای سطح زمین حدود ۱ درجه سیلیسیوس در ۱۵۰ سال گذشته گرمتر شده است. شاید این یک تغییر کوچک به نظر برسد اما این تغییر 1 درجهای انرژی معادل تقریبا یک میلیون کلاهک هستهای در اتمسفر آزاد کرده است. این افزایش عظیم انرژی درحالحاضر منجر به افزایش عظیم امواج گرما، خشکسالی و طوفان شده است.
So, is the increase in extreme weather due to random chance, or changing climate? The answer is that— while weather will always be a chaotic system— shifts in our climate do increase the likelihood of extreme weather events.
پس، آیا این افزایش دمای هوا به صورت تصادفی است یا آبوهوا تغییر کرده است؟ جواب این سوال -- درحالی که هوا همیشه یک سیستم آشفته خواهد بود -- تغییر در آبوهوا احتمال وقوع حوادث شدید آبوهوایی را افزایش میدهد.
Scientists are in near universal agreement that our climate is changing and that human activity is accelerating those changes. But fortunately, we can identify what human behaviors are impacting the climate most by tracking which boundary conditions are shifting. So even though next month’s weather might always be a mystery, we can work together to protect the climate for centuries to come.
دانشمندان در حال توافق جهانیاند که آبوهوا درحال تغییر است. و فعالیتهای انسانی به این تغییرات سرعت میبخشد اما خوشبختانه، ما میتوانیم با ردیابی این که کدام یک از شرایط مرزی درحال تغییر است تشخیص دهیم کدام یک از فعالیت های انسانی برروی آبوهوا بیشتر تاثیر گذارند. بنابراین، حتی اگر هوای ماه آینده یک معما باشد، ما میتوانیم برای محافظت از آبوهوا در قرنهای آینده با هم همکاری کنیم.