RSS

Prognoza meteo, Feynman si… o exemplificare superba

31 May

O explicatie pentru cei care se pling de lipsa de precizie a prognozelor meteo:

Of course the instruments of meteorology are physical instruments, and the development of experimental physics made these instruments possible, as was explained before. However, the theory of meteorology has never been satisfactorily worked out by the physicist. “Well,” you say, “there is nothing but air, and we know the equations of the motions of air.” Yes we do. “So if we know the condition of air today, why can’t we figure out the condition of the air tomorrow?” First, we do not really know what the condition is today, because the air is swirling and twisting everywhere. It turns out to be very sensitive, and even unstable. If you have ever seen water run smoothly over a dam, and then turn into a large number of blobs and drops as it falls, you will understand what I mean by unstable. You know the condition of the water before it goes over the spillway; it is perfectly smooth; but the moment it begins to fall, where do the drops begin? What determines how big the lumps are going to be and where they will be? That is not known, because the water is unstable. Even a smooth moving mass of air, in going over a mountain turns into complex whirlpools and eddies.

(El Cielo de Canarias / Canary sky – Tenerife from Daniel López on Vimeo.)

La cererea telespectatorilor pot include si o traducere in romana a textului. Filmul (recomand vizionarea in HD si full-screen) ar trebui, totusi, sa fie suficient. Altfel spus, crede cineva ca exista vreun calculator care sa calculeze cu precizie suficient de buna momentul in care va lovi urmatorul val digul de la 2 Mai, ce forma va avea el, cite picaturi se vor desprinde din el, ce dimensiuni si masa vor avea ele?

Si inca un citat din Feynman, despre limitele stiintei. Citat care ar putea servi drept raspuns problemei lui Vlad.

If you play chess you must know that it is easy to learn all the rules, and yet it is often very hard to select the best move or to understand why a player moves as he does. So it is in nature, only much more so; but we may be able at least to find all the rules. Actually, we do not have all the rules now. (Every once in a while something like castling is going on that we still do not understand.) Aside from not knowing all of the rules, what we really can explain in terms of those rules is very limited, because almost all situations are so enormously complicated that we cannot follow the plays of the game using the rules, much less tell what is going to happen next. We must, therefore, limit ourselves to the more basic question of the rules of the game. If we know the rules, we consider that we “understand” the world.

(Ambele citate sint din Feynman – Lectures on physics, vol. I)

Din fericire putem izola pe alocuri bucatele din infinita tabla de sah a universului si putem juca intre incepatori. Una peste alta, totusi, postarea asta este scrisa de pe un calculator, rezultat direct al teoriilor avansate ale fizicii; calculator care, de bine, de rau, se comporta destul de previzibil😀 Ceea ce demonstreaza, Vlade (daca ajungi sa citesti), ca, desi imprecise si uneori cu rezultate dezastruoase, teoriile stiintifice nu sint chiar inutile. La fel si cu meteorologia. Poate ca nu ne poate spune cu precizie daca o sa ploua miine. Dar poate sa prevada suficient de bine directia de deplasare si evolutia unui uragan incit sa poata salva vieti. Doar uneori, din pacate.

 
5 Comments

Posted by on May 31, 2011 in Idei

 

5 responses to “Prognoza meteo, Feynman si… o exemplificare superba

  1. CST-Link

    May 31, 2011 at 3:18 pm

    Cred că e vorba de mai multe neputinţe umane, unele cojuncturale, altele sistemice, când e vorba de prognoză (de orice fel, nu numai meteo).

    Dar s-o luăm băbeşte. Schema care (mi se pare mie că) e folosită pentru prognoză ar fi următoarea:

    P1. Observaţie: E acumularea de “istorii” ale realităţii, în speranţa desluşirii unor regularităţi.

    P2. Modelare: Traducerea regularităţilor într-un limbaj sintetic. Matematica e de multe ori limbajul suport pentru traducerile acestea.

    P3. Rezolvare: O a doua traducere a modelului, dintr-o formă implicită (de ex. din formă de ecuaţie algebrică ori diferenţială) într-o formă explicită (cf. aceluiaşi exemplu, în formă de număr ori funcţie)

    P4. Extrapolare: Inventarierea posibilelor situaţii în care modelul este valid.

    P5. Prognoză: se adună un set de date la momentul t, se verifică validitatea modelului, se aplică modelul pe setul de date şi se anticipează datele ce ar urma a fi obţinute la momentul t + delta t. Prognoza este inversul pasului 2, modelarea.

    Desigur, pot exista paşi suplimentari pentru rafinarea modelului; anumiţi paşi sunt făcuţi mult mai des decât alţii etc.

    La fiecare dintre paşi pot există belele care să afecteze calitatea etapei respective:

    B1. Calitatea observaţiei: datele acumulate sunt aproximative ori incomplete. Eroarea cantitativă duce la parametri incorecţi ai modelului, eroarea calitativă îngreunează găsirea unui model. E greu de ştiut, înainte de-a avea modelul, cât de precis trebuie măsurate, ori câte mărimi trebuie băgate în seamă pentru a pricepe regularitatea căutată la P2.

    B2. Limitele modelării: nu întotdeauna pre-există un limbaj-suport pentru model, în care să expun regularităţile observate. Inventarea unui nou limbaj pentru model se adaugă la dificultăţile modelării în sine.

    B3. Capacitatea de rezolvare: dacă e să luăm doar matematica, există o mulţime de teoreme de existenţă şi unicitate a soluţiei care nu spun nici “pâs” despre cum arată soluţia respectivă. Rezolvarea e importantă, fiindcă fără o soluţie explicită extrapolarea şi prognoza sunt aproape imposibile. În plus, diferenţa dintre “soluţie exactă” şi “soluţie aproximativă” sau “soluţie la limită” se adaugă la erorile introduse în sistemul de prognoză la B1 şi B2.

    B4. În general extrapolarea unui model e făcută până la limita în care limbajul-suport al modelului pică. De ex. dacă modelul unui fenomen ce depinde de mărimea x este M(x)=1/x, modelul nu poate prezice ce se întâmplă în x=0. Dar asta nu înseamnă că modelul e corect în x=0.0000001 (foarte aproape de zero). Doar sperăm că e aşa.🙂

    B5. Aplicabilitatea prognozei: Belelele B1-B4 se acumulează la erorile inerente unei noi măsurători şi a unei re-traduceri din limbaj sintetic în mărimi “naturale”.

     
    • BadDragon

      May 31, 2011 at 4:36 pm

      In primul rind, bine ai venit pe aici (daca ai mai comentat, imi cer scuze, nu’mi amintesc)!

      Cind eram in facultate am studiat la un moment dat unul dintre modelele existente. Era considerat destul de ok, in sensul in care modela destul de bine procesele. Exista o singura problema cu sistemul de ecuatii, era foarte instabil. La variatii foarte mici ale parametrilor ecuatiilor solutiile puteau sa difere enorm. Avea citiva atractori (puncte in care solutiile converg) dar nu ajutau prea mult. Si, cum in lumea reala parametrii nu pot fi masurati foarte precis (ca sa nu mai vorbim despre capacitatea de a lua in calcul toate conditiile – modelul 3D al reliefului, copacilor, etc), rezulta…

      Ai explicat bine pasii P si problemele B. Am de facut o singura precizare: in unele cazuri B1-B5 creaza probleme dar rezultatele ramin suficient de bune, in alte cazuri B1-B5 sint aproape complet controlabile (izolarea unui singur atom de hidrogen intr’o capcana electromagnetica, de exemplu) iar in altele B1-B5 sint catastrofale si reduc aproape la zero aplicabilitatea practica a unei teorii.

      Apropos de eroare, una dintre cele mai nostime chestii din fizica intilnite pina acum a fost o constanta din astronomie (nu ma intreba care, nu mai tiu minte) in cazul careia valoarea calculata era cu un ordin de marime mai mica decit eroarea calculata.

       
  2. mihai

    June 1, 2011 at 8:07 am

    Daca intram in “preziceri” probabilitatile sunt calea. In baza sunt desigur sanse de “roll”. Doamne, am facut copy/paste din MMO-uri🙂. In paralel imi aduce aminte de liceu si “vestitul” programel in Pascal “Mutarea calului” (parca asa se numea).
    La sfarsit “prezicerea” vremii este doar preventiva si nimeni nu se incumeta inca intr-o imagine viitoare meteo.

     
  3. musiualexandru

    June 5, 2011 at 11:37 pm

    Dragoane, io ca baba cu reumatisme sensibile nu ma plâng de lipsa de precizie a barbugiilor alora de meteorologi, ci la lipsa de precizie a vremii.
    Câteodata ma doare soldul degeaba, ca e seceta.
    Altfel, fain scris🙂

     

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

 
%d bloggers like this: