Monday, January 12, 2015

EXOPLANETARY FORECASTING




NEED   of   an   EXO-PLANETARY   FORECASTING


In a remarkably short article, Hanna Christensen (Oxford University) exposes the vicissitudes and recent improvements in weather forecasting. The researcher, remember that until 1960, climate forecasting were based on certain observable patterns from the past, from which were inferred (without the expected accuracy), future forecasts. According to the researcher, the marked improvement in weather forecasting was  possible by : a) increasing use of faster computers (more accurately, more detailed), and the use of b) stochastic mathematical processes, required because although meteorological processes are initially deterministic,  after the first 10 days, they usually become  chaotic,  as a result of  very sensitive small initial details  (small clouds scattered in certain areas and others), not incorporated into the final analysis. The point is that these little details can cause big changes (butterfly effect) in highly dynamic systems. The recent addition of these small details at the end analysis, coupled with scrupulous observations of atmospheric initial state permit more accurate predictions through the use of partial differential equations (analysis of movement of fluids and gases), introduced in atmospheric simulation computer programs. Researchers use : Navier-Stokes equations that describe the evolution of the atmosphere using 3 Cartesian directions: rotation of the earth in a framework reference structure, Coriolis forces and centrifugal force; to which continuity equations, thermodynamic energy and atmospheric equations state, are added. The atmosphere is divided in the simulator into small cubes, where average values of temperature, humidity, wind speed, cloud properties, etc. are introduced.  As meteorological phenomena carry varied degrees of uncertainty induced by small scale processes, random number assignments are used. Therefore, results will always be probabilistic, from which the science of meteorology choose the most appropriate. Although there is always the possibility of error, these are diminishing more and more, being the basic objective: to  improve predictions, avoiding systematic errors in the initial conditions. For us, though the mathematical analysis of extreme weather events (high temperatures, heavy rain), will improved predictions, the most notable advance in the future will be, routinely perform: exo-meteorological (interplanetary, solar system), comparative forecasting. 


LA  NECESIDAD  de una  EXO-METEOROLOGIA  COMPARATIVA

En un notable resumen  Hanna Christensen (Universidad de  Oxford), expone las viscisitudes y  recientes mejoras en las predicciones meteorológicas. La científica,  recuerda que hasta  1960, las predicciones climáticas se basaban    en ciertos patrones observables del pasado,  a partir de los cuales,  se inferían (sin la exactitud esperada),  pronósticos futuros. Según la investigadora,  las notables mejoras en las predicciones meteorológicas han sido posibles por a) el creciente  uso de   computadoras más rápidas  (más   precisión, más detalle, más  exactitud)  y, al empleo  de   b) procesos matemáticos estocásticos, obligatorios,  porque aunque  los  procesos meteorológicos son inicialmente deterministas, después de los primeros 10 días, usualmente  devienen en caóticos,  a consecuencia de pequeños detalles iníciales muy sensibles (pequeñas nubes esparcidas en determinadas areas y otros),  no  incorporados al análisis final.  El asunto  es que estos pequeños detalles pueden ocasionar grandes cambios (butterfly effect), en sistemas altamente  dinámicos. La reciente incorporación de estos pequeños detalles al análisis final,  aunadas a escrupulosas  observaciones del estado inicial atmosférico permiten   predicciones más certeras gracias al  empleo  de ecuaciones parciales diferenciales (análisis del movimiento de fluidos y gases), introducidos en programas computarizados de simulación atmosférica. Se  emplean  las  ecuaciones  de Navier-Stokes que describen  la evolución de la atmosfera empleando  3  direcciones cartesianas : rotación de la tierra en una estructura de referencia, las fuerzas de Coriolis y la fuerza centrifuga;   a las que se suman ecuaciones de continuidad, de energía termodinámica y las  de estado  atmosférico. La atmosfera  es  dividida en el simulador en  pequeños cubos, en los que se introducen  valores de la temperatura promedio,  humedad,  velocidad del viento, propiedades de las nubes, etc. Por portar los fenómenos meteorológicos distintos grados de incertidumbre inducidos por procesos a pequeña escala,  se emplean asignaciones numéricas al  azar. Por tanto, los  resultados siempre serán probabilísticos, a partir de los cuales la ciencia meteorológica escogerá el más apropiado. Aunque siempre existirá  la posibilidad de error,  estos van disminuyendo cada vez más,   siendo el  objetivo básico mejorar las  predicciones, evitando    errores al sistematizar las condiciones de inicio.   Para nosotros  aunque el análisis  matemático de fenómenos meteorológicos extremos (altas temperaturas, grandes lluvias), mejorara las  predicciones, el avance más notable, se dará cuando realicemos rutinariamente análisis  exo-meteorologicos, comparativos  (interplanetarios: sistema solar).


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