Denk jij dat het ooit mogelijk is het weer, drie maanden vooruit te voorspellen, met dezelfde score als nu drie dagen vooruit?
Ooit? Uitgaande van voortzetting van het menselijk ras en verdere technologische en sociaal-maatschappelijke ontwikkeling, is het antwoord: heel misschien. Realistisch bekeken en uitgaande van het komende millennium? Nee.
Dat begint al met het probleem van de waarnemingen: op mondiale schaal is sprake van gebrekkige kwantiteit en moeilijk toetsbare kwaliteit. Vervolgens is er het gebrek aan begrip of kennis: het 'weer' over enkele maanden deterministisch oplossen zal hand in hand moeten gaan met de simulatie van processen die op langere tijdschalen werken en dus eigenlijk, per definitie, niet onder 'weer' vallen. Natuurlijk kan je afstappen van de begrippen weer en klimaat en gewoon praten over pure fysica.
In dat geval vereist het een veel diepere kennis over processen op heel kleine maar ook erg grote schaal (schaal: ruimtelijk en temporaal). Dat is iets dat niet op te lossen valt met simpelweg meer rekenkracht, dat vereist vooruitgang in ons inzicht in het gehele systeem. Dat gaat per definitie vele malen langzamer. Vervolgens heb je nog een aantal (wiskundig aantoonbare) beperkingen uit de chaostheorie, over het gedrag van dynamische systemen en een soort orde in de chaotica daarvan (
deterministic chaos). In de fysica hebben we veel te maken met stelsels geschakelde of gekoppelde differentiaalvergelijkingen.
In de meteorologie is gebleken, tot dusver, dat onze gebrekkige kennis van de huidige toestand in de atmosfeer en onze beperkte kennis van de fysica (plus onzekerheden c.q. compromissen in de simulatie) ertoe leidt dat het systeem wat wij beschrijven sterk gevoelig is voor de begintoestand en, hoewel het systeem in wezen deterministisch is (de uiteindelijke oplossing valt rechtstreeks terug te leiden tot de begintoestand, zonder toevallige factoren), leidt tot een exponentiële groei van mogelijke oplossingen met het verlopen van tijd.
De beperkingen van onze deterministische oplossing vloeien onder andere voort uit de chaostheorie, die van toepassing is zolang wij het weer blijven beschrijven in een systeem waarin de begintoestand leidt tot deterministische chaos, en op puur fysisch niveau uit de beperkingen van o.a. de kwantummechanica, waaronder het onzekerheidsbeginsel van Heisenberg. Het zal er al met a, mijns inziens, toe leiden dat wij de komende eeuwen niet verder zullen komen dan een acceptabele (R
>0,6) deterministische oplossing tot dag 15.
In 1980 haalde ECMWF de R=0.6 grens op dag 5,4, in 1985 op dag 6,3, in 1990 op dag 6,5, in 1995 op dag 7,1, in 2000 op dag 7, in 2005 op dag 8. De vooruitgang tussen 2000 en 2009 komt vooral door de toevoeging van satellietgegevens. In dit tempo halen we dag 15 tegen 2085 en de eerste maand in 2265. Dat is echter bij lineaire groei van 0,52 dag per vijf jaar, ik vermoed dat het eerder met een machtsfunctie gaat of zelfs logaritmisch. In het geval van een machtsfunctie, die de huidige curve het beste beschrijft (R²=93%), halen we dag 15 pas tegen het jaar 2800 of 3000. Over een kleine achtduizend jaar zit je dan op 22 dagen, nog niet eens één maand. Met een lineaire trend halen we dat tegen het jaar 2140, een maand rond het jaar 2230 en drie maanden tegen 2795.
Mijns inziens is het onmogelijk een maand vooruit deterministisch op te lossen met afdoende kwaliteit. Dat is een uitspraak binnen het huidige wetenschappelijke raamwerk. Zoals in elke hypothetische discussie hieromtrent zijn buiten beschouwing gelaten eventuele grote doorbraken die ons inzicht in de fysica drastisch veranderen en vergroten, of methoden die het oplossen van de hogere-orde differentiaalvergelijkingen mogelijk maken, of zelfs die vergelijkingen in hun geheel vervangen. Ze zijn buiten beschouwing gelaten, evenals niet-wetenschappelijke aspecten zoals een eventuele totale vernietiging van ons ras door kernoorlog of meteorietinslag buiten beschouwing zijn gelaten.
Gr. Ben
Quote selectie