मौसम का इतिहास

समय श्रृंखला के पूर्वानुमान में लगे हुए, मैं अक्सर इस विचार पर आता हूं: "यह एक पूर्वानुमान मॉडल को लागू करना होगा जो सब कुछ ध्यान में रखेगा और दुनिया में सबसे सटीक पूर्वानुमान देगा।" क्या यह एक यूटोपिया है? इस सवाल के जवाब में, मैं सबसे कठिन पूर्वानुमान वाले प्रश्नों में से एक के इतिहास में डूब गया - मौसम का पूर्वानुमान।

पहले पूर्वानुमान

यह बहुत संभावना है कि मौसम का पूर्वानुमान पहला पूर्वानुमान था जो प्राचीन काल में लोगों की दिलचस्पी थी, जब उन्होंने कृषि संरचनाओं की बुवाई और खेती के लिए अनुकूल परिस्थितियों का अनुमान लगाने की कोशिश की। इस तरह के हर रोज के मौसम में कई लोक संकेत बढ़े हैं। विकिपीडिया अकेले मौसम के बारे में दर्जनों संकेत देता है । विशेष रूप से, यह संकेत दिया जाता है कि संकेत " लोगों में संरक्षित है और आने वाली मौसम संबंधी घटनाओं का संकेत देने वाले विभिन्न संकेतों के बारे में पीढ़ी से पीढ़ी तक संरक्षित है ।" यही है, लोगों ने मौसम को देखा, अपनी कुछ टिप्पणियों को सरलतम पैटर्न में रखा, जिस पर सबसे सरल पूर्वानुमान बनाया गया था।

नाविकों का पूर्वानुमान

मध्य युग में भी, नेविगेशन और भौगोलिक खोजों के विकास के दौरान, न केवल नेविगेशन, बल्कि मौसम के पूर्वानुमान में भी नाविकों की रुचि होती है। मौसम संबंधी पूर्वानुमान से निपटने वाले पहले संगठनों में से एक मौसम विभाग था, जिसकी स्थापना 1854 में इंग्लिश रॉयल सोसाइटी के व्यापार परिषद द्वारा समुद्र की गलियों की स्थिति का आकलन करने के उद्देश्य से की गई थी। उनकी अध्यक्षता ब्रिटिश नौसेना के प्रसिद्ध अधिकारी, न्यूजीलैंड के गवर्नर जनरल रॉबर्ट फिट्जराय ने की थी। वह पहले मौसम विज्ञानियों में से एक बन गए और आम जनता को पूर्वानुमान प्रदान करने वाले पहले व्यक्ति होने के लिए प्रसिद्ध हैं। पहली बार मौसम का पूर्वानुमान 1 अगस्त, 1860 को द टाइम्स में प्रकाशित हुआ था, जो रॉबर्ट फिजरॉय द्वारा लिखा गया था। अंग्रेजी संस्करण में प्रकाशन की तारीख 1860 है, रूसी में - 1861। हालांकि, जल्द ही, 30 अप्रैल, 1865 को वित्तीय दायित्वों के कारण, फिट्जराय ने एक रेजर के साथ अपना गला काट लिया। उनकी आत्महत्या के संस्करणों में से एक, हालांकि संभावना नहीं है, अपने स्वयं के मौसम पूर्वानुमान की अशुद्धि माना जाता है।

उस समय, मौसम मॉडलिंग संभव की रेखा से परे था, हालांकि, वायुमंडल की वर्तमान स्थिति पर जानकारी के संग्रह को व्यवस्थित करने के लिए व्यापक कार्य किया गया था। विशेष रूप से, पूरे यूरोप में 24 मौसम स्टेशन आयोजित किए गए थे, जो मोर्स टेलीग्राफ का उपयोग करके डेटा का आदान-प्रदान करते थे। इसके अलावा, मौसम के पूर्वानुमानकर्ताओं ने सीखा कि मौसम के नक्शे कैसे बनाए जाते हैं, जिस पर समान दबाव वाले मान एक बिंदु से जुड़े होते हैं। इस प्रकार, चक्रवात और एंटीसाइक्लोन के पहले "पैटर्न" का गठन किया गया था।

मौसम की भविष्यवाणी के लिए पहला गणितीय दृष्टिकोण

XIX सदी में, थर्मोडायनामिक्स और हाइड्रोडायनामिक्स का तेजी से विकास हुआ। नतीजतन, मौसम की भविष्यवाणी भी समस्या की समझ के एक नए गणितीय स्तर पर चली गई है।

क्लीवलैंड एबे, एक अमेरिकी मौसम विज्ञानी, इस क्षेत्र में अग्रणी बन गए, जिनका पहला कार्य मौसम विज्ञान के क्षेत्र में 1873 से शुरू होता है। 1901 (*) में प्रकाशित उनके मुख्य काम " द लॉन्ग-रेंज वेदर फोरकास्टिंग का भौतिक आधार " में, उन्होंने पहली बार मौसम की भविष्यवाणी की समस्या को हल करने के लिए गणित का उपयोग किया: " मौसम विज्ञान हाइड्रोलॉजिक्स और थर्मोडायनामिक्स के नियमों के वातावरण का एक अनुप्रयोग है ।" पूर्वानुमान के लिए कोई मॉडल नहीं थे, लेकिन इस दिशा में पहला कदम उठाया गया था। एबे ने अपने सहयोगियों से आग्रह किया: " पूर्वानुमान की समस्या को गंभीरता से देखें और इसे हल करने के लिए ग्राफिक, विश्लेषणात्मक और संख्यात्मक तरीकों का विकास करें ।"

* प्रकाशन की तारीखें और अन्य विवरण पीटर लिंच के एक लेख से लिया गया है, " कंप्यूटर मौसम की भविष्यवाणी और जलवायु मॉडलिंग की उत्पत्ति, " रूसी में एक लोकप्रिय विज्ञान अनुवाद, " मौसम पूर्वानुमान मॉडल के विकास का इतिहास ।" कई मामलों में विवरण विकिपीडिया से अलग होता है।

इसके तुरंत बाद, 1904 में, नॉर्वे के मौसम विज्ञानी विल्हेम ब्जेर्केन्स (http://en.wikipedia.org/wiki/Vilhelm_Bjerknes) का काम " मैकेनिक और भौतिकी में एक समस्या के रूप में मौसम की भविष्यवाणी की समस्या " प्रकाशित हुआ था। अपने काम में, नॉर्वेजियन अपने पूर्ववर्ती की तुलना में आगे बढ़ गया और मौसम की भविष्यवाणी की समस्या का सटीक बयान दिया, इसे दो चरणों में विभाजित किया।

1. वर्तमान मौसम की स्थिति का निदान करने का चरण।
2. आगे आने वाले समय के अंतराल के लिए मौसम का पूर्वानुमान।

बुर्केन ने वायुमंडल की स्थिति का वर्णन करने वाले 7 प्रमुख चर की पहचान करने वाले पहले थे: दबाव, तापमान, घनत्व, आर्द्रता और वायु वेग के तीन घटक। उन्होंने समीकरणों की पहली प्रणाली भी विकसित की, जिसका समाधान मौसम का पूर्वानुमान देता है। सिस्टम में प्रत्येक निर्भर चर के लिए एक समीकरण शामिल था जो वायुमंडल का वर्णन करता है: गति के तीन हाइड्रोडायनामिक समीकरण, निरंतरता समीकरण, राज्य का समीकरण, थर्मोडायनामिक्स के पहले और दूसरे कानूनों को व्यक्त करने वाले समीकरण।

रिचर्डसन मौसम की भविष्यवाणी

मौसम विज्ञानियों की सभी बाद की पीढ़ियों के सच्चे नवोन्मेषक और प्रेरणादायक थे लुईस फ्राई रिचर्डसन , जो समीकरणों के बुर्केन्स प्रणाली को एकीकृत करने के लिए संख्यात्मक तरीकों का उपयोग करने वाले पहले व्यक्ति थे। उन्होंने 1922 में प्रकाशित न्यूमेरिकल प्रक्रिया द्वारा मौसम की भविष्यवाणी में मौसम संबंधी अनुसंधान में अपने अनुभव का विस्तार से वर्णन किया।

विरोधाभासी रूप से, रिचर्डसन की मुख्य योग्यता और मुख्य गलती यूरोप में एक विशिष्ट बिंदु पर दबाव परिवर्तनों के पूर्वानुमान की एकमात्र संख्यात्मक गणना थी, जिसे उन्होंने अपनी पुस्तक में उद्धृत किया। एक ओर, यह उदाहरण मौसम के पूर्वानुमान की गणना का पहला गणितीय उदाहरण था। दूसरी ओर, इस गणना उदाहरण का बिलकुल बेतुका परिणाम था। वैज्ञानिक की गणना के अनुसार, 6 घंटे के बाद दबाव में परिवर्तन 14.5 kPa होना चाहिए, जो एक बेतुका मूल्य है।

उनकी गणना सही थी, प्रारंभिक स्थितियों की गलती में त्रुटि शामिल थी। वर्षों से चली आ रही प्रारंभिक स्थितियों की पुनर्गणना से पता चला कि रिचर्डसन द्वारा प्रस्तावित एल्गोरिथ्म सही है।

इस प्रसिद्ध उदाहरण ने महत्वाकांक्षी गणितज्ञों को अपनी ओर आकर्षित किया, और उन्होंने अपने काम से सभी संदेहियों को दूर कर दिया। रिचर्डसन के गणितीय मॉडल के पहले व्यापक कार्यान्वयन से दशकों पहले यह हो गया था।

उनके काम का सबसे अक्सर उद्धृत अनुच्छेद "पूर्वानुमान फैक्टरी" (रिचर्डसन के पूर्वानुमान कारखाने) का वर्णन है।

एक थिएटर के सभागार के समान एक बड़े हॉल की कल्पना करें, लेकिन बेनोयर लॉज और एम्फीथिएटर बिल्कुल एक सर्कल में जाते हैं और उस स्थान पर कब्जा कर लेते हैं जहां मंच आमतौर पर स्थित होता है। इस कमरे की दीवारों को इस तरह से चित्रित किया जाता है जैसे कि पृथ्वी की सतह का प्रतिनिधित्व करने के लिए। छत उत्तरी ध्रुव, एक गैलरी में यूनाइटेड किंगडम, मेजेनाइन में उष्णकटिबंधीय, निचले अलमारी क्षेत्र में ऑस्ट्रेलिया और फर्श पर अंटार्कटिका का प्रतिनिधित्व करती है। गणना करने वालों का एक झुंड पृथ्वी के प्रत्येक बिंदु पर मौसम की गणना करने पर काम कर रहा है (उन वर्षों में "कंप्यूटर" का अर्थ एक मानव कैलकुलेटर था), लेकिन प्रत्येक कैलकुलेटर केवल एक समीकरण या समीकरण का हिस्सा भी हल करता है। पूरे क्षेत्र का काम एक उच्च-रैंकिंग अधिकारी द्वारा समन्वित है। कई संकेतक (रात के संकेत) लगातार गणना के परिणामों को इस तरह से दर्शाते हैं कि पड़ोसी कंप्यूटर उनका उपयोग कर सकते हैं। इस प्रकार, एक पूरी गणना उत्तर से दक्षिण तक क्रमिक रूप से की जाती है। फर्श पर एक विशाल स्तंभ है, पूरे हॉल की आधी ऊंचाई पर; ऊपर एक पल्पिट है। इस विभाग में उस आदमी को बैठाया जाता है जो पूरे थिएटर का निर्देशन करता है, वह कई सहायकों और दूतों से घिरा होता है। उनका मुख्य कर्तव्य गणनाओं की गति को स्थिर रखना है। वह एक कंडक्टर के समान है, लेकिन संगीतकारों के बजाय, वह कई कंप्यूटरों का निर्देशन करता है। और कंडक्टर की छड़ी का स्थान उसके हाथों में एक रे पॉइंटर है: यह अभी के लिए गणना की जानी चाहिए के लिए गुलाबी चमकता है, और उसके तुरंत बाद की गणना के लिए नीला होगा।

20 वीं शताब्दी के मध्य में पूर्वानुमान मॉडल का विकास

संख्यात्मक विधियों के क्षेत्र में विज्ञान की उपलब्धियों के बाद, पहले इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटर (कंप्यूटर) के आविष्कार, साथ ही रेडियोसॉन्डे के आविष्कार, रिचर्डसन के विचार वापस आ गए। प्रसिद्ध गणितज्ञ जॉन वॉन न्यूमैन ने 1946 में प्रिंसटन विश्वविद्यालय में इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटर परियोजना के ढांचे में जूल्स चर्नी के साथ मिलकर उन्हें लौटा दिया।

परियोजना के भाग के रूप में, हल किए जाने वाले कार्यों में से एक मौसम पूर्वानुमान का कार्य था, जिसका नेतृत्व जूल्स चार्नी ने किया था। अमेरिकी नौसेना द्वारा कमीशन किए गए काम के परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रॉनिक न्यूमेरिकल इंटीग्रेटर और कंप्यूटर (ENIAC) विकसित किया गया था। यह इस मशीन पर था कि 1950 में पहला गणितीय मौसम पूर्वानुमान किया गया था।

रिचर्डसन मॉडल के कार्यान्वयन के हिस्से के रूप में, बेशक, कठिनाइयों और अतिरिक्त प्रतिबंध उत्पन्न हुए, लेकिन चार्नी के नेतृत्व में विशेषज्ञों का एक समूह गणितीय कठिनाइयों को दूर करने और नई प्रणाली से पर्याप्त परिणाम प्राप्त करने में कामयाब रहा। चरनी के काम के परिणाम 1947 से 1955 तक प्रकाशित किए गए और यह वातावरण के राज्य के गणितीय मॉडलिंग के आगे विकास का आधार बन गया।

प्रिंसटन समूह की सफलता के बाद, जर्मन मौसम विज्ञानी वैज्ञानिक अनुसंधान में शामिल हो गए। विशेष रूप से, 1951 में, कार्ल-हेंज हिंकेलमैन ने "ईएन न्यूमेरिस एक्सपेरिमेंट मिट डेन प्रिमिटिव ग्लीचुंगेन" नामक कृति प्रकाशित की, जिसमें उन्होंने विस्तार से उन बाधाओं का विश्लेषण किया, जिन्हें चर्नी ने खोजा और तथाकथित आदिम समीकरणों को एकीकृत करके एक प्रभावी समाधान पाया। 1966 में जर्मन मौसम विज्ञान सेवा के आधार पर अपने काम के परिणामों का सफल कार्यान्वयन किया गया था।

फिर, 1956 में फिलिप्स ने वैश्विक वायुमंडलीय परिसंचरण मॉडल पर एक पेपर प्रकाशित किया। इन मॉडलों में, पृथ्वी की पूरी सतह को आयतों (क्षैतिज ग्रिड) में विभाजित किया गया था और एक ऊर्ध्वाधर आकार था, जिसे अक्सर पूर्ण या सापेक्ष दबाव द्वारा निर्दिष्ट किया जाता था। इस मॉडल की सभी गणना रिचर्डसन मॉडल पर आधारित थीं।



फिलिप्स द्वारा विकसित संचलन मॉडल मौसम विज्ञान के विकास में एक बड़ा मंच बन गया। तब से, इस प्रकार के मॉडल तेजी से जटिल और बढ़ गए हैं। आज वे अल्पकालिक और दीर्घकालिक मौसम पूर्वानुमान दोनों के गठन का आधार हैं।

आधुनिक मौसम पूर्वानुमान प्रणाली

आज, मध्यम दूरी के मौसम पूर्वानुमान (ECMWF) के लिए यूरोपीय केंद्र मौसम पूर्वानुमान मॉडल के विकास और सुधार में अग्रणी है।

ECMWF भौतिक प्रक्रियाओं की परिष्कृत व्याख्या के साथ सबसे उन्नत परिसंचरण मॉडल का उपयोग करता है। मॉडल का रिज़ॉल्यूशन 25 बाई 25 किमी है, इसमें लंबवत 91 स्तर हैं। गणना के लिए प्रारंभिक शर्तें उपग्रहों के डेटा का उपयोग करके एक चार-आयामी आत्मसात योजना द्वारा तैयार की जाती हैं। सभी डेटा 2007 के लिए हैं।

ECMWF निम्नलिखित पूर्वानुमान लगाता है: मौसम पूर्वानुमान 10 दिन पहले, पूर्वानुमान एक महीने पहले, मौसमी पूर्वानुमान 6 महीने से अधिक पहले। ECMWF हार्डवेयर को IBM द्वारा प्रदान किया जाता है और इसे उच्च प्रदर्शन कम्प्यूटिंग सुविधा (HPCF) कहा जाता है। एचपीसीएफ में दो समान p690 + क्लस्टर शामिल हैं। प्रत्येक क्लस्टर में 68 सर्वर होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में 1.9 गीगाहर्ट्ज़ की आवृत्ति के साथ 32 सीपीयू होते हैं। पीक प्रदर्शन प्रति क्लस्टर 16.5 teraflops है।

लेखक के अनुसार, रिचर्डसन की "प्रेडिक्शन फैक्ट्री" 64,000 लोगों को रोजगार देने वाले वातावरण के साथ तेजी से प्रतिस्पर्धा कर सकती है, यानी 24 घंटे में 24 घंटे का पूर्वानुमान लगा सकती है। आज की ECMWF पूर्वानुमान प्रणाली रिचर्डसन पूर्वानुमान कारखाने की तुलना में लगभग 10 बिलियन गुना अधिक उत्पादक है।

निष्कर्ष

लोगों का मौसम का पूर्वानुमान सदियों से दिलचस्प है, केवल 150 साल पहले उन्होंने इस कार्य को बड़े पैमाने पर किया था। केवल 110 साल पहले, इस समस्या ने पहली बार गणितीय विवरण प्राप्त किया था। पिछली सदी में, वायुमंडलीय पूर्वानुमान और मॉडलिंग प्रणालियों का विकास क्रांतिकारी बन गया है। हालांकि, इस क्रांति को 20 वीं शताब्दी के सबसे प्रतिभाशाली गणितज्ञों के जबरदस्त प्रयासों की आवश्यकता थी, साथ ही हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर में अटूट निवेश भी।

नीचे दिए गए ग्राफ से पता चलता है कि मौसम के पूर्वानुमान की गुणवत्ता में पिछले कुछ वर्षों में कैसे सुधार हुआ है: यह मॉडल से मॉडल तक साल-दर-साल और अधिक सटीक होता जा रहा है। आज तक, वायुमंडलीय मॉडलिंग के क्षेत्र में इतना बड़ा काम किया गया है कि यह लुभावनी है। और यह काम रोजाना जारी है।



आज हर जगह जिस तरह की आर्थिक व्यवस्था की जा रही है, वह वातावरण की तुलना में बहुत सरल प्रणाली है, क्योंकि, मेरे बॉस ने कहा, "पहला मनुष्य द्वारा बनाया गया है, जबकि दूसरा भगवान द्वारा बनाया गया है।" हालांकि, ये सिस्टम पहले से ही बड़े हो गए हैं और इतने जटिल हो गए हैं कि कम से कम समय में उनके लिए एक कुंजी ढूंढना असंभव है।

क्या ऐसी प्रणाली का निर्माण संभव है जिसमें सब कुछ ध्यान में रखा जाए और बहुत सटीक रूप से पूर्वानुमान लगाया जाए? वातावरण के गणितीय मॉडल विकसित करने में अनुभव से पता चलता है कि यह संभव है। और केवल निरंतर अनुसंधान कार्य, निरंतर अभ्यास के साथ मिलकर, दशकों से सभी उन्नत मॉडल के उपयोग के माध्यम से पूर्वानुमान की गुणवत्ता में सुधार कर सकते हैं।

दुर्भाग्य से, इस विषय पर संवाद करने में मेरे अनुभव से पता चलता है कि पूर्वानुमान बहुत ही सटीक है, अभी, बिना देरी के, और कई लोग निवेश, दोनों को अस्थायी और वित्तीय मानते हैं, पूर्वानुमान मॉडल के विकास में धन की बर्बादी।