Τα Μαθηματικά στην υπηρεσία του καιρού

Η Μετεωρολογία είναι η επιστήμη με κύριο αντικείμενο την έρευνα της ατμόσφαιρας στο σύνολό της και των φαινομένων που συμβαίνουν σε αυτήν. Με τον όρο πρόγνωση καιρού εννοούμε τη διαδικασία της πρόβλεψης μιας φυσικής κατάστασης της τροπόσφαιρας στο μέλλον. Ποιά είναι λοιπόν η σχέση της μετεωρολογίας με τα μαθηματικά;

Tα μαθηματικά παίζουν μείζονα ρόλο στη μετεωρολογία και στην πρόγνωση του καιρού. Πριν από δεκαετίες  στους περιφερειακούς μετεωρολογικούς σταθμούς που βρίσκονταν κυρίως σε στρατιωτικά αεροδρόμια και καταγράφονταν οι ενδείξεις  θερμοκρασίας και υγρασίας και ταχύτητας ανέμου καθώς και τα νέφη . Στη συνέχεια αποστέλλονταν κωδικοποιημένα στην Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία (Ε.Μ.Υ), όπου τα επεξεργάζονταν οι προγνώστες και μέσω μαθηματικών τύπων (μοντέλων) έβγαζαν πρόγνωση καιρικών φαινομένων.

Σήμερα η αντίστοιχη διαδικασία καταγραφής γίνεται μέσω δορυφόρων και η επεξεργασία των στοιχείων με τους υπολογιστές δίνει πιο ασφαλείς προβλέψεις μέσα από πολύπλοκες εξισώσεις. Αποτέλεσμα της εξέλιξης αυτής είναι να έχουμε ακριβείς προγνώσεις κατά τόπους καιρικών φαινομένων με ακρίβεια 4-6 ημερών .Απλές καθημερινές εφαρμογές των προγνώσεων αυτών είναι η πρόληψη καταστροφών και η πραγματοποίηση ή η αναβολή κάποιων εργασιών ,αλλά και κάποιοι δείκτες που προσδιορίζουν θέματα διάθεσης και υγείας του πληθυσμού.
Ένας τέτοιος δείκτης είναι και ο δείκτης δυσφορίας του κοινού (). 
Η επίδραση των μετεωρολογικών συνθηκών στην ανθρώπινη υγεία και συμπεριφορά ερευνήθηκε από την αρχαιότητα. Ο γιατρός και φιλόσοφος  Ίπποκράτης στο έργο του “Περί αέρων, υδάτων και τόπων”υποστηρίζει ότι η ζωή και η υγεία των κατοίκων των πόλεων έχουν άμεση σχέση με τους ανέμους που πνέουν από την θερινή ως την χειμερινή ανατολή του ήλιου. Αυτή η εικασία αποδείχθηκε στις μέρες μας με την εφαρμογή του δείκτη δυσφορίας του κοινού.
Ο δείκτης αυτός εκφράζει “πόσο ζέστη αισθανόμαστε πραγματικά”με τον συνδυασμό της θερμοκρασίας και της υγρασίας σε έναν τόπο. Ο δείκτης δυσφορίας υπολογίζεται με τον τύπο:
Σε πολλές αναπτυγμένες χώρες του πλανήτη ο δείκτης αυτός λαμβάνεται υπ’ όψιν σε καθημερινή βάση σε διάφορους τομείς της δραστηριότητας και της εργασίας των κατοίκων.
Στη συνέχεια παραθέτουμε τους φυσικούς νόμους της Ατμόσφαιρας που αποτελούνται από τις παρακάτω μαθηματικές εξισώσεις:

Εξίσωση συνέχειας
Διατήρηση της μάζας του αέρα: ούτε δημιουργείται ούτε καταστρέφεται

Εξίσωση συνέχειας του νερού
Διατήρηση της μάζας του νερού (στερεό, υγρό, αέριο)

Εξισώσεις κίνησης
Περιγράφουν πως η μεταβολή της ταχύτητας καθορίζεται από την
βαθμίδα της πίεσης, την δύναμη Coriolis και την τριβή

Θερμοδυναμική εξίσωση
Καθορίζουν τις μεταβολές της θερμοκρασίας εξαιτίας θέρμανσης/ψύξης,
συμπύκνωσης/εξάτμισης, κλπ

Καταστατική Εξίσωση
Συνδέει την πίεση, την θερμοκρασία και την πυκνότητα

Τα μαθηματικά έχουν συμβάλει στην εξέλιξη της μετεωρολογίας. Χωρίς αυτά δεν θα μπορούσαμε να κατασκευάσουμε τα διάφορα όργανα αλλά ούτε να πάρουμε μετρήσεις από αυτό. Επίσης δεν θα μπορούσαμε να στείλουμε δορυφόρους στο διάστημα ούτε να φτιάξουμε υπολογιστές που θα αποκωδικοποιούν τα δεδομένα που θα μας έστελναν. Γι’ αυτό τα μαθηματικά μας είναι τόσο χρήσιμα στη πρόγνωση του καιρού.
Δείτε το σχετικό video:

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.