Een weersverwachting maken is lang niet zo makkelijk als sommigen denken. Een kleine verandering kan op de langere termijn al een groot effect hebben. De atmosfeer gedraagt zich als het ware chaotisch. In deze blog bespreken we de zogeheten chaostheorie en hoe dat een impact heeft op het weer en de verwachting daarvan.
Edward Lorenz
Een flinke tijd geleden, in 1961, kwam de Amerikaanse wiskundige en meteoroloog Edward Lorenz (1917-2008) met de zogeheten chaostheorie. De theorie slaat niet direct op meteorologie, maar op de wiskunde. Juist die wiskunde is dan weer belangrijk voor de meteorologie.
De chaostheorie is toepasbaar op zogeheten niet-lineaire systemen. Simpel gezegd: vanaf het startpunt gaat iets niet in een rechte lijn door in de tijd, maar bijvoorbeeld exponentieel. Het startpunt is dan erg belangrijk, omdat een kleine aanpassing in dat startpunt op de lange termijn een groot effect kan hebben. Een mooi voorbeeld hiervan, is het zogeheten vlindereffect.
Vlindereffect
Het vlindereffect is een metafoor dat werd benoemd door Edward Lorenz. Zoals hierboven al werd gezegd: de chaostheorie houdt in dat een kleine verandering een groot effect kan hebben op de lange termijn. Als voorbeeld/metafoor gebruikte Lorenz een vlinder: In principe zou het flapperen van de vleugels van een vlinder in Brazilië uiteindelijk een significant effect kunnen hebben op waar en wanneer er een tornado vormt in de Verenigde Staten.
Weermodellen
Lorenz ontdekte de chaostheorie op het moment dat hij een simpel weermodel een berekening wilde laten doen. Hij liet het weermodel namelijk meerdere keren een berekening maken. Voor die berekeningen zijn begincondities nodig (het actuele weer op het moment van berekenen). Lorenz merkte op dat zijn weermodel een erg verschillend weerbeeld berekende wanneer de begincondities wel of niet bestonden uit afgeronde getallen.
Getallen afronden is niet meer dan een kleine aanpassing, maar kennelijk heeft het voor de weersverwachting wel een groot effect: het weermodel (en dus ook de atmosfeer) gedroeg zich "chaotisch".
Huidige toepassing
1961 is natuurlijk een flinke tijd geleden. Dus hoe wordt deze chaostheorie tegenwoordig toegepast in de weerkunde?
In principe zit de theorie tegenwoordig verstopt achter de weermodellen. Weermodellen gebruiken uiteraard nog altijd begincondities, gezien je moeilijk een berekening van het weer in de toekomst kunt maken als je niet weet wat het weer op dit moment doet. Die begincondities zijn gebaseerd op een enorme hoeveelheid data: observaties. Dat zijn zowel observaties van weerstations aan de grond als observaties van weerballonnen en zelfs ook van satellieten.
Met al die observaties, komt wel enige onzekerheid. Zo kunnen de metingen iets afwijken van de werkelijkheid en hebben we op sommige plaatsen simpelweg niet genoeg observaties om een accuraat beeld te schetsen. De begincondities van zo'n weermodel zijn dan ook niet helemaal zeker. Om hier rekening mee te houden, worden zogeheten pluimverwachtingen gemaakt. Men laat dan het weermodel een flink aantal keren rekenen, met bij iedere berekening nét andere begincondities. Onderstaande afbeelding is een voorbeeld van zo'n pluimverwachting:
De pluimverwachting van de neerslaghoeveelheid in De Bilt. Dit is het ECMWF weermodel.
Hierboven is het effect van de chaostheorie mooi terug te zien. Sterker nog, de neerslaghoeveelheid voor morgen (zondag) is al niet helemaal zeker.
Iedere groene lijn staat voor een losse berekening met steeds nét andere begincondities. Wat blijkt is dat sommige van die kleine aanpassingen een groot effect hebben op de hoeveelheid neerslag van morgen. De ene berekening zegt dat er maar een millimeter of 2 zal vallen, terwijl sommige berekeningen juist veel meer regen geven: 10 tot zelfs ruim 15 millimeter. Dat is natuurlijk een groot verschil. Ook op de langere termijn gaan de lijnen alle kanten op. Dat het wisselvallig weer gaat zijn, is dan ook wel duidelijk, maar wanneer en hoeveel neerslag gaat vallen is met deze berekeningen lastig te zeggen. Daarom kunnen ook niet veel details gegeven worden in de weersverwachting van de komende week.
De komende dagen zal de weersverwachting daarom ook wel af en toe wat aangepast worden. Houd daarom het actuele weerbericht goed in de gaten voor de nieuwste informatie over het komende weer en vergeet niet: als er een duif voorbij vliegt, kan die zomaar (in theorie!) later zorgen voor een bui boven je hoofd.
