”Fjärileffektens” fäder

Av Anders Persson

Det var i juni 2004 när jag besökte University of Maryland, som jag stötte ihop med matematikprofessorn James A. Yorke. Denne hade med en medarbetare 1975 publicerat en artikel om egenskaper hos icke-linjära matematiska system i American Mathematical Monthly. Artikelns titel var ”Period Three Implies Chaos” där för första gången ordet ”kaos” nämndes i detta sammanhang.

James A. Yorke

År 2004 hade vi ingen diskussion om detta, det mesta hade redan sagts, men vi hade däremot ett längre samtal om relationen mellan matematik och fysik. Jag tror att vi var överens om att ”kaosteorin”, hur nyttig den än är för fysiken, i sig själv bör räknas till matematiken. Yorke visade inga som helst tecken på att han förväntade sig något Nobelpris i fysik.

Den som lär ha myntat begreppet “Fjärilseffekt” var den kanadensisk-amerikanske meteorologen Phil Meriless. Legenden berättar att Edward Lorenz 1972 skulle hålla ett seminarium om sin upptäckt (drygt tio år tidigare) att mycket små osäkerheter i analysen av ett väderläge kan ge upphov till stora prognosfel. Men Lorenz hade svårt finna en slående titel. Meriless, som var med i organisationskommittén, föreslog då: Does the flap of a butterfly’s wings in Brazil set off a tornado in Texas? Och resten är historia, som det heter.

Phil Meriless

Meriless var min chef när jag 2001 jobbade på Naval Research Laboratory i Monterey. Min uppgift var att, lite i polemik med ”kaosteorin”, introducera metoder att i efterhand, när en prognos misslyckats, spåra upp dessa “fjärilar” genom att titta uppströms i atmosfären. Det skulle hjälpa meteorologerna att förbättra prognossystemet. Talet om ”fjärilar” hade lett mina amerikanska kollegor att tro att felen var mikroskopiskt små. Men jag visade, utifrån erfarenheter från ECMWF, att de hade letat på fel ställen och därför inte hittat något. De flesta av analysfelen var klart synliga och kunde ofta snarare karakteriseras som ”albatrosser”, ibland ”elefanter”.

Edward Lorenz träffade jag vid flera tillfällen då han besökte ECMWF. Det visade sig att han, trots sin teoretiska ”belastning”, var en meteorologiskt sett mycket praktisk man som hade god blick och handlag med väderkartor, något som få teoretiker har. Under kriget hade han tjänstgjort i Stilla Havet och också undervisat i kartanalys. När jag gav honom en aktuell karta med observationer, behövde han inte mer än en timme för att göra en helt professionell analys.

Han kunde också göra en helt professionell överlämning genom att påpeka att kallfronten over Mexikanska Golfen visade tecken på en ”sekundär utveckling”, dvs en ny lågtrycksutveckling. Jag har sedan dess alltid delat ut kopior av den här analysen för att visa teoretikerna att man blir inte en sämre vetenskapsman för att man är insatt i praktisk verksamhet, och till prognosmeteorloger för att stärka deras självförtroende; de kan också räkna in ”stora” namn i sina led.

Vad sedan gäller själva ”Fjärilseffekten” så angriper vi meteorologer den på två olika fronter: dels söker eliminera den genom bättre modeller, fler och bättre observationer, och bättre metoder att extrahera information ur dem till allt noggrannare analyser. Men samtidigt gör vi tvärtom: i den sk. ”ensembletekniken” stoppar vi in möjliga fel i både observationer, analyser och modeller för att ”se vad som händer”. Om prognoserna i stort sett är desamma vet att vi kan lita på dem trots prognossystemets brister, om de skiljer sig åt vet vi vilka olika möjliga utvecklingar som är tänkbara med olika grader av sannolikhet, men också, icke att förglömma, vad som troligen INTE kommer att hända!

/Anders Persson

Related posts

21 Thoughts to “”Fjärileffektens” fäder”

  1. jonas

    (kommentar borttagen)

    Martin: Hej Jonas. Har du skrivit detta själv eller har du kopierat det? Om man citerar någon så skall man ange källan. Därtill så uppskattar jag inte när merparten (hela?) kommentaren är kopierad istället för att vara författad av avsändaren.

  2. Anders

    Vid tiden för sin upptäckt (sent 1959 eller tidigt 1960) var Lorenz engagerad i ett projekt för att jämföra statistiska och dynamiska prognosmetoder. Kunde ett statistiskt schema återskapa och prognosera de irreguljära variationer hans lilla dator producerade? Lorenz gällde vid denna tid för att i huvudsak vara statistiker, snarare än dynamiker.

    När man läser hans slutrapport och de diskussioner som fördes kring 1960 var de slutsatser som idag framställs som ”självklara” inte alls så självklara. Ingen trodde att atmosfären var oändligt prognoserbar, frågan var HUR prognoserbar. Optimisterna trodde på 15-20 dagar, medan pessimisterna, och i det facket hamnade Lorenz, bara trodde på drygt en vecka.

    Att han räknades som ”statistiker” mer än ”dynamiker” blev nu betydelsefullt. Kritikerna hävdade dels att hans experiment var meteorologiskt alltför orealistiska för att kunna ha någon relevans för atmosfären, andra (t.ex. den svenske professorn Bert Bolin) hävdade att som atmosfären var konstruerad skulle små fel stanna i de små vädersystemen och inte sprida sig till de stora.

    Att Lorenz var obekväm fick jag själv känna av när jag skrev ett par artiklar om hans rön 1972. Vid den tiden planerades bland annat ECMWF som hade målsättningen att göra 10-dygnsprognoser! Först 1982 började Lorenz’ resultat få det erkännande de förtjänade.

    Det ironiska är att kanske hade han fel och hans kritiker rätt? Ty idag gör vi användbara 7-dygnsprognoser och de förbättras med ett dygn per decennium. Nöjer man sig med de breda dragen så kan man redan idag få vägledning upp till drygt två veckor.

  3. Bossekongo

    Jonas, vilket lågmärke! Rakt av kopierat ifrån Wikipedia, har du någon heder alls?

  4. jonas

    Det var ett intressant program på TV om just Lorenz och matematik och där hävdade man att en prognos på mer än 3 dgr började bli allt mer kaosartad. Programmet visade ett exempel med väderkartor. På dessa ritade man varm/kallfronter. Först nästa dags, sedan 2 dagars osv. Efter några dagar var kartan fullklottrad med streck i totalt kaos.

  5. jonas

    Bossekongo. Frågan du ställer vittnar om att du har förutfattade meningar och är klart oförskämd.
    Stycket är kopierat och det är inget märkvärdigt med det, miss att jag glömde sätta ut källan.

    (del av kommentar borttagen)

    Martin: Jo, det är fel att kopiera text rakt av, utan att tillföra något eget. Förstår du inte vitsen med möjligheten att författa en egen ståndpunkt, att inte kopiera andras utsagor?

    Vitsen med kommentarer är att man som besökare har möjlighet att kommentera, antingen artikeln eller något som någon annan har skrivit. Man kan även tillföra en ny aspekt i linje med det som behandlats.

    Att kopiera in långa stycken med text rätt upp och ner tillför betraktas dessutom i många sammanhang som stöld.
    Men om man vill att folk skall läsa någon specifik text som någon annan har skrivit så kan man kopiera in ett par väsentliga meningar och/eller eller en länk och i anslutning till detta beskriva sin relation till den texten.

    Om man inte har mer att säga än vad som redan finns att tillgå på annan plats på nätet så behöver man inte skriva en kommentar. Om man tycker att någon annan skrivit något bra så uttrycker man det, dvs sin egen ståndpunkt.
    Som sagt var: Det är okay att citera vad andra sagt, men då skall dels källan anges, dels skall man berätta varför man citerat.

    Och ditt sätt att ange källa duger inte. Att skriva: ”Här kommer ytterligare ett stycke från wiki” är inte att ange källa på ett korrekt sätt. Wiki är stort. Man skall vara mer specifik med referensen.

    Det skall vara enkelt gå att finna samma källa för att dels kontrollera texten, dels se vilket sammanhang den förekom i, vad den i sin tur refererar till mm. Det är på precis på samma sätt om man hämtar ett citat från NE, DN eller vad någon tidigare skrivit här på Klart.se. En tydlig spec eller en länk som leder direkt till källan.

  6. Åsa

    Jonas, Det var uppläxning det.
    Jag tycker att det var interssant med texten om “Fjärilseffekten”.

  7. Margit Silvheden

    Under mina år i den akademiska världen har jag lärt mig att när det gäller Wikipedia skall man vara ytterst försiktigt med material därifrån. Bara som en kommentar i sammanhanget.

  8. mickael

    kopiera är aldrig stöld,det är vidareförmedling,sprida ut information till andra kanaler,det är en god sak och bör aldrig ses som stöld utan som djup tacksamhet för att någon uppskattar din text eller dina bilder,om man tro att man ska tjäna penar på dokument och media lever man på stenåldern tyvärr

    Martin: Okay, det var ett misstag att nämna att man i vissa sammanhang betraktar kopiering som stöld. Håller med om att många vill att deras alster skall spridas, men om man anger sig själv som upphovsmakare (det blir så om man glömmer/låter bli att ange att någon annan skrivit det) så gör man fel. Vi får även om utgångspunkt anta att de flesta dessutom uppskattar att få cred/erkännande för det som de skrivit. Det är ett annat syfte med att ange källa.

    I alla händelser så vill inte jag att bloggen skall husera långa stycken av kopierat material. Vill man skriva här så får man använda sina egna ord. Det går bra att inkludera citat, men man måste ange källan så att läsare kan spåra citatet.

  9. Trollmor

    Var är regnet??? Enligt prognosen har det regnat här sen klockan 14.00…… NOT!! Det har varit tryckande väder i 3 dagar!!! Och varken regn eller åska 🙁 Igår skulle det regna halva dagen och då är jag nästan hundra på att ni tog bort det jäkla regnmolnet i efterskott, för på kvällen när jag kollade var det en sol där det varit ett åskmoln hela dagen 🙁 😉 Kollar ni ens på den riktiga himlen?… Och alla ni som hatar regn, ni kan ju flytta hit, jag hoppas iaf på ett monsunregn snart haha… 😛

    Martin: En del klagar på värmen, andra på regnet. Vädret i genomsnitt är bra, men i genomsnitt är inte folk nöjda 🙂

  10. StigReinebo

    Martin//Känner mig säkert med rätta utpekad. Angav dock NE som källan jag kopierat från. Ber tusenfallt om ursäkt. Det hela gick väldigt fort och det var en serie missförstånd från första stavtaget. Frågan om kännedom var naturligtvis inte ställd till mig. Ålder, värme och tidsbrist kan ställa till det ibland……

    Martin: Diskussion kring kopierat material sprang ur “jonas” inlägg. Hur som helst så är det trevligt med diskussion, även kring frågor som inte rör regn och temperaturer. 😉

  11. Stefan

    Är det värmen Martin, eller varför hela tiden så sura kommentarer. Angående programmet om matematiken så framgick att längre pronoser än 3-5 dagar var ytterst osäkra. Vore intressant att få reda på hur ni och och andra som gör längre prognoser gör analysen av utvecklingen. Vad jag noterat var den här värmen inte med för 8 dagar sedan. Och ofta är det så med kylan som kom hastigt i vintras också. Sommarhälsningar från Dalarna.

  12. Ernst

    Ett inlägg föranlett av det häftiga skyfallet över
    ett mycket begränsat område vid Svarta havet.
    Det hävdas att meteorologerna inte kunnat förutse
    händelsen,enl.nyheterna.Det får mig att undra över hur den ryska meteorologin arbetar.
    Finns en förklaring till vad som orsakat skyfallet.?

  13. Anders

    Ang. Stefans kommentar: Eftersom jag har specialtillgång till ECMWF prognoser sju dagar bakåt kollade jag prognoserna för t.ex. Leksand. Det visade sig att redan då (dvs till 1 juli) kunde man säga att lördagen 7 juli skulle få 22-24 grader och troligen uppehåll, medan det skulle bli lite svalare men en del regn på söndagen. ECMWF vidhöll sedan denna prognos rätt igenom. ECMWF:s deterministiska prognoser blir extra lätta att tolka eftersom de ackompanjeras av ensembleprognoser som anger hur säkert eller osäkert läget är. Det här verkar ha varit ett mycket säkert väderläge – åtminstone för ECMWF!

  14. Trollmor

    Tack för regnet i natt 😉 Nu är mina djur glada igen 🙂

  15. anders

    Svar till Ernst: i onsdags 4 juli inleddes i området en period med kraftigt konvektiv regn, vilket var väl förutsett av ECMWF:s modell. Skyfallet som verkar ha haft sin kulmen på fredagen var speciellt framhävt i ECMWF:s s.k. “Extreme Forecast Index” i prognoserna från torsdagen 5:e juli och senare. Jag tror också att andra modeller hade liknande varningssignaler. Hade det stannat vid de 40-60 mm per dygn som ECMWF varnade för hade det varit illa nog. Men i sådana här konvektiva system kan det lokalt bli mycket mer vilket modellerna med nuvarande upplösning (15-30 km) inte kan fånga. Erfarenheterna från Met Office visar att det krävs ner mot ett par kilometers upplösning.

    PS: Extreme Forecast Index (EFI), som funnits i tio år, relaterar på ett genialiskt vis prognoserade sannolikheterna från ensemblesystemet med de klimatologiskt normala riskerna. 50% risk för mer än 15 mm/dygn ger lågt EFI i Dublin men högt i Kairo.

  16. Henrik

    Men Martin, du hävdade ju i Aftonbladet att extremvädret ökat de senaste 20-30åren. Jag såg ingen källa som styrkte det påståendet….du kanske inte behöver hänvisa till källor?? Förstår varför ni inte tillät kommentarer till den artikeln…

  17. Ernst

    Tack för svaret.
    En följdfråga.Har ryska myndigheter tagit till sig
    ECMWS:s varningar,och hur hanterat dem.
    Har ryssarna klass-varningar typ våra?
    Klart slut.

  18. StigReinebo

    När det gäller katastrofen i Ryssland så gäller nog inga klass-varningar i världen. Att katastrofen fick den omfattningen beror säkert på att myndighetrna “glömde” varna befolkningen vid någon form av akut vattenreglering. Har inget stöd eller “källa” för mitt påstående utan detta är i vid bemärkelse en politisk åsikt. Den står jag för.

    Martin: Hej Stig. Men politiska åsikter kanske vi kan lämna därhän, de hör inte hemma på den här bloggen. Här ventilerar vi sådant som har med väder att göra.

  19. Ernst

    Instämmer.Nyhetsrapporter talar om avgångar på högre nivåer.
    Översvämningarna i Småland orsakas av extrem nederbörd.Handlar det här också om konvektiva
    system fast i något mindre skala?

  20. mickael

    varför gör man inte högre upplösning på klimatmodeller så företag och myndigheter kan skydda sin verksamhet från fuktskador,ge smhi mer pengar så dom kan göra sitt jobb och ge riktiga prognoser,ner på ortnivå nu

Leave a Reply