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# Física # Física Atmosférica y Oceánica

La Compleja Naturaleza de la Predicción del Tiempo

Una visión general de cómo los pronósticos en conjunto mejoran las predicciones del tiempo.

Christopher David Roberts, Frederic Vitart

― 7 minilectura


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Predecir el clima es un poco como intentar adivinar el humor de un gato. Puedes tener algunas pistas, ¡pero buena suerte acertando todo el tiempo! Los científicos usan métodos y herramientas especiales para predecir el clima, especialmente en periodos cortos (como una semana o dos) y largos (como una temporada). En este artículo, vamos a desglosar algunas ideas importantes sobre cómo funcionan las predicciones climáticas, centrándonos en algo llamado Pronósticos en conjunto.

¿Qué son los pronósticos en conjunto?

Piensa en los pronósticos en conjunto como un trabajo en grupo en la escuela. En lugar de que solo un estudiante haga una predicción, todo un grupo de estudiantes (o en este caso, pronósticos) trabaja juntos. Cada miembro del grupo puede tener una idea un poco diferente sobre cómo va a estar el clima. Cuando se combinan las predicciones, forman un pronóstico en conjunto.

Este método ayuda a mejorar la precisión del pronóstico porque considera muchas posibilidades. Si un pronóstico no es del todo correcto, ¡quizá otro sí lo sea! Es cuestión de jugar con las probabilidades.

La paradoja señal-ruido (PSR)

Ahora, hablemos de algo un poco más complicado: la paradoja señal-ruido, o PSR. Imagina que intentas encontrar a tu amigo en un concierto lleno de gente. La música (la señal) está alta, pero también hay un montón de charla y ruido a tu alrededor. A veces, el ruido puede dificultar escuchar la voz de tu amigo, incluso si está justo al lado tuyo.

En los pronósticos del clima, la "señal" representa los patrones climáticos reales que queremos predecir, mientras que el "ruido" incluye todas las variaciones aleatorias que hacen que predecir el clima sea complicado. Sorprendentemente, algunos estudios encuentran que a veces el promedio de muchos pronósticos parece predecir mejor el clima que los pronósticos individuales cuando los comparamos con lo que realmente ocurrió. Ahí es donde entra la paradoja.

Por qué ocurre la paradoja

La PSR puede ser desconcertante. Resulta que cuando los pronosticadores hacen predicciones, usan un montón de datos que pueden variar debido al azar. Por ejemplo, si un grupo de pronósticos predice lluvia, pero no llueve, puede parecer que los pronósticos estaban completamente errados. Pero si miras el promedio general de todos los pronósticos, podría mostrar que la lluvia era de hecho probable ese día, así que el promedio podría reflejar una imagen "más verdadera".

Esta situación puede ocurrir incluso en pronósticos muy fiables. Los pronósticos pueden provenir del mismo conjunto de información, pero al mirarlos parece que no coinciden como deberían. ¡Es un clásico caso de confusión estadística!

Evaluando pronósticos climáticos

Para realmente saber si un pronóstico es bueno, los científicos tienen que chequear su fiabilidad. Esto significa que miran si las predicciones generalmente coinciden con lo que ocurre en el mundo real. Si un pronóstico dice que va a llover el 70% del tiempo, y solo llueve el 30% del tiempo, ¡eso es un problema!

El proceso de verificar la fiabilidad implica comparar los resultados del pronóstico con el clima que se observa realmente. Por ejemplo, si un pronóstico predijo más veces tiempo soleado que lluvia, ese pronóstico podría considerarse fiable.

Midiendo la habilidad del pronóstico

Otro aspecto importante es medir qué tan bueno es un pronóstico. Esto implica mirar no solo si dice que va a llover o a lucir el sol, sino cuán precisamente predice la intensidad de la lluvia o las temperaturas altas y bajas. Esto se llama "habilidad del pronóstico".

Imagina que predices lluvia pero solo llovizna; podrías obtener medio punto por precisión. Si dijiste que haría 80°F y en realidad son 75°F, ¡eso tampoco está tan mal! Estas mediciones ayudan a investigadores y meteorólogos a entender mejor sus métodos de pronóstico.

El papel de la incertidumbre en la muestra

Aquí es donde se complica un poco. Los datos climáticos pueden verse afectados por algo llamado incertidumbre en la muestra. Esto significa que si no tenemos suficientes puntos de datos o ejemplos al mirar el clima a largo plazo, podemos terminar con resultados engañosos.

Piensa en ello así: si solo preguntas a unas pocas personas cuál es su sabor de helado favorito, podrías terminar pensando que el de fresa es el mejor sabor porque solo hablas con amantes de la fresa. Ahora, imagina que un grupo más grande prueba todos los sabores, y de repente, el chocolate reina supremo. ¡Más datos llevan a una imagen más clara!

Descubrimientos recientes en la predicción del clima

Estudios recientes han mostrado que podemos tener predicciones climáticas más fiables cuando usamos grandes grupos de pronósticos. Al analizar tres patrones climáticos específicos usando un gran conjunto de 100 miembros, los investigadores notaron que los resultados a veces podían parecer contradictorios.

Por ejemplo, en la Oscilación del Atlántico Norte—que afecta mucho nuestro clima— encontraron que el pronóstico promedio parecía funcionar mejor que los individuales. Esto podría llevar a esa famosa paradoja señal-ruido donde la predicción general tiene más sentido que cada intento singular.

¿Qué podemos hacer sobre la paradoja?

Curiosamente, incluso después de calibrar los pronósticos para eliminar errores, los investigadores encontraron que sus resultados aún tenían variaciones salvajes. Esto significa que, aunque han mejorado la precisión teniendo en cuenta diferentes factores e incertidumbres, la fiabilidad general a veces sigue siendo impredecible.

Los investigadores destacaron que su esfuerzo por unificar los datos también debe considerar el hecho de que los ajustes podrían no representar siempre la verdad sobre el clima.

Recomendaciones para mejores pronósticos

Para mejorar la predicción del clima, los investigadores sugirieron algunas estrategias:

  1. Tamaños de muestra diversos: Usa tantos datos como sea posible. Recopilar información de varios períodos y lugares es clave para obtener predicciones precisas.
  2. Conjuntos equilibrados: Piensa en cuántos pronósticos necesitas. Si tienes demasiados pronósticos similares pero no suficientes diferentes, eso podría limitar tu comprensión.
  3. Conciencia estadística: Calcula promedios y variabilidad correctamente. Usa métodos cuidadosos que optimicen cómo se miden los pronósticos.
  4. Incertidumbres entendidas: Siempre mantén un ojo en los posibles errores en los datos observados y usa técnicas que ayuden a evaluar cuánto podemos confiar en la información que recibimos.
  5. Pruebas completas: Combina ideas de diferentes modelos de pronóstico, mostrando qué tan bien funciona cada uno en comparación con la realidad.

El futuro de la predicción del clima

A pesar de los desafíos, los científicos siguen siendo optimistas. Con los avances en tecnología, recolección de datos y métodos de análisis, la esperanza es tener predicciones climáticas más precisas y confiables en el futuro. Quizás algún día, ¡no tengamos que llevar un paraguas "por si acaso"!

La ciencia del clima, aunque compleja, puede ser tan fascinante como desafiante. Cada nuevo estudio ayuda a construir nuestro entendimiento y mejorar nuestras posibilidades de predecir el clima con precisión. Después de todo, ¿quién no querría saber si va a llover antes de salir?

Fuente original

Título: Ensemble reliability and the signal-to-noise paradox in large-ensemble subseasonal forecasts

Resumen: Recent studies have suggested the existence of a `signal-to-noise paradox' (SNP) in ensemble forecasts that manifests as situations where the correlation between the forecast ensemble mean and the observed truth is larger than the correlation between the forecast ensemble mean and individual forecast members. A perfectly reliable ensemble, in which forecast members and observations are drawn from the same underlying probability distribution, will not exhibit an SNP if sample statistics can be evaluated using a sufficiently large ensemble size ($N$) over a sufficiently large number of independent cases ($M$). However, when $M$ is finite, an apparent SNP will sometimes occur as a natural consequence of sampling uncertainty, even in a perfectly reliable ensemble with many members. In this study, we evaluate the forecast skill, reliability characteristics, and signal-to-noise properties of three large-scale atmospheric circulation indices in 100-member subseasonal reforecasts. Consistent with recent studies, this reforecast dataset exhibits an apparent SNP in the North Atlantic Oscillation (NAO) at subseasonal lead times. However, based on several lines of evidence, we conclude that the apparent paradox in this dataset is a consequence of large observational sampling uncertainties that are insensitive to ensemble size and common to all model comparisons over the same period. Furthermore, we demonstrate that this apparent SNP can be eliminated by application of an unbiased reliability calibration. However, this is achieved through overfitting such that sample statistics from calibrated forecasts inherit the large sampling uncertainties present in the observations and thus exhibit unphysical variations with lead time. Finally, we make several recommendations for the robust and unbiased evaluation of reliability and signal-to-noise properties in the presence of large sampling uncertainties.

Autores: Christopher David Roberts, Frederic Vitart

Última actualización: 2024-11-26 00:00:00

Idioma: English

Fuente URL: https://arxiv.org/abs/2411.17694

Fuente PDF: https://arxiv.org/pdf/2411.17694

Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

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