हवामानाचा अंदाज व पूर्वकथन : पृथ्वी आणि तिचे वातावरण निर्माण झाल्यापासून वातावरणात निरनिराळे आविष्कार निर्माण होऊ लागले. मानवाची निर्मिती झाल्यावर हे आविष्कार ईश्वरनिर्मित आहेत, असे मानव समजू लागला. घातक असलेल्या आविष्कारातून सुखरूप पार पडण्यास तो परमेश्वराच्या करुणेची याचना करू लागला. त्यामुळे हे आविष्कार समजण्याच्या दृष्टीने कोणतेही प्रयत्न होऊ शकले नाहीत परंतु मानवाची हळूहळू प्रगती होऊन निरनिराळ्या कार्यांत तो रस घेऊ लागला, वातावरणातील आविष्कारांचा विचार करीत त्याने काळजी-पूर्वक निरीक्षणे करण्यास सुरुवात केली. कोणतेही कार्य करण्यात या आविष्कारांमुळे येणाऱ्या अडथळ्यांचे निवारण कसे करता येईल, यासंबंधी तो विचार करू लागला. अशा प्रकारे आपल्याभोवती होणाऱ्या वाता-वरणातील घडामोडींसंबंधी ज्ञान मिळविण्यास त्याने प्रयत्न सुरू करून प्राप्त झालेल्या ज्ञानाचा उपयोग करण्यास सुरुवात केली. निरनिराळ्या मानवी कार्यांत प्रगती झाल्यामुळे नैसर्गिक आपत्तींसंबंधी अंदाज मिळविण्याची त्याला गरज भासू लागली.
ऐतिहासिक सर्वेक्षण : [→ वातावरणविज्ञान]. वातावरण-विज्ञानाची सुरुवात प्राचीन ग्रीसमध्ये झाली असल्याचे आढळून येते. प्रसिद्ध ग्रीक तत्त्ववेत्ता ॲरिस्टॉटल (इ. स. पू. ३८४–३२२) यांनी मिटिओरॉलॉजिका नावाचा ग्रंथ लिहिला. या ग्रंथात वातावरणविज्ञानासंबंधी माहिती दिलेली आहे. ग्रीक संस्कृती उत्कर्षावस्थेत असताना मानवी कार्यासाठी हवामानाचे उपयोजन करण्याचे प्रयत्न झाले. प्राणी आणि किडे यांची प्रतिक्रिया तसेच आकाशाची स्थिती यावरून प्राचीन ग्रीक लोक हवामानासंबंधी अंदाज बांधत असत. थीओफ्रॅस्टस (इ. स. पू. सु. ३७२–२८७) यांनी लिहिलेल्या ‘चिन्हांचे पुस्तक’ या शीर्षकार्थाच्या पुस्तकात हवामानासंबंधी बऱ्याच परिचित म्हणी दिलेल्या आहेत.
सोळाव्या शतकाच्या अखेरपर्यंत वातावरणविज्ञानामध्ये कोणतीही प्रगती झाली नव्हती. सतराव्या शतकात हवेचे दाबमापक व तापमानमापक अशी दोन महत्त्वाची उपकरणे निर्माण करण्यात येऊन त्यांच्या साहाय्याने काही निरीक्षणे घेण्यात आली. त्यानंतर जॉर्ज हॅड्ली या ब्रिटिश शास्त्रज्ञांनी वाऱ्यासंबंधी अभ्यास करून १७३५ मध्ये समजावून दिले की, पृथ्वीच्या आसाभोवतीच्या वर्तुळाकार गतीमुळे पूर्वेकडून वाहणारे व्यापारी वारे निर्माण होतात. टॉमस जेफर्सन या अमेरिकन शास्त्रज्ञाने उत्तर अमेरिकेत माँटिसेलो येथे १७७२ मध्ये वातावरणविज्ञानीय निरीक्षणांची सुरुवात केली. बेंजामिन फ्रँक्लिन या अमेरिकन शास्त्रज्ञांना त्यांच्या निरीक्षणांवरून असे आढळून आले की, पावसाळी वादळ फिलाडेल्फियानंतर एक दिवसाने बॉस्टनला होते. फिलाडेल्फिया बॉस्टनपासून ८०० किमी. नैर्ऋत्येस आहे. त्यांनी यावरून अंदाज बांधला की, दोन्हीही ठिकाणी भूपृष्ठीय वारा ईशान्येकडून वाहत असला, तरी दोन्हीही ठिकाणांवरील पाऊस एकाच वादळ प्रणालीपासून पडत असला पाहिजे.
इ. स. १८३५–४० या दरम्यान केलेल्या अभ्यासावरून काही वातावरणविज्ञांना कळून आले की, उत्तर गोलार्धात ⇨हरिकेना भोवती वारे प्रत्यावर्ती (घड्याळाच्या काट्याविरुद्ध दिशेत) असतात. ॲडमिरल आर्. फिट्सरॉय यांनी हवेच्या दाबावरून हवामानासंबंधीच्या अंदाजाकरिता काही नियम केले. त्याच सुमारास बिस्बीलॉट्स यांनी भूवलनोत्पन्न वाऱ्याची संकल्पना काढली. नंतर डब्ल्यू. फेरल यांनी गास्पार ग्यूस्ताव्ह द कोरिऑलिस (१७९२–१८४३) यांची सैद्धांतिक फले वापरून हॉलंडमधील किनारपट्टीकरिता वादळभयसूचना सेवा सुरू केली.[ →कोरिऑलिस परिणाम].
एकोणिसाव्या शतकाच्या पूर्वार्धात तारायंत्राचा शोध लागला. त्यामुळे मध्यवर्ती ठिकाणी एकाच ठराविक वेळी घेतलेली निरीक्षणे तारेने लवकर प्राप्त होऊन हवामानाचे नकाशे तयार करणे आणि त्यांचा अभ्यास करणे शक्य झाले. तेव्हापासूनच असे नकाशे करण्याचे आणि त्यांचा अभ्यास करण्याचे कार्य सुरू झाले. वातावरणविज्ञानाच्या या शाखेस निरी-क्षणाधारित वातावरणविज्ञान असे म्हणतात. या नकाशांचा अभ्यास केल्या-नंतर हवामान निरनिराळ्या ठिकाणी कसे बदलते यासंबंधी ज्ञान प्राप्त झाले.
पहिल्या महायुद्धापासून बऱ्याच देशांनी वातावरणविज्ञानीय सेवा निर्माण केल्या. नॉर्वेमध्ये टी. बर्गेरॉन यांनी ध्रुवीय सीमापृष्ठावर निर्माण होणाऱ्या अभिसारी चक्रवाताचा सिद्धांत प्रतिपादन केला. भौतिकीय व सैद्धांतिक समज आणि निरीक्षणे यांचा सुंदर मिलाफ करून याकॉप ब्यॅर्कनेस, व्हिल्हेल्म ब्यॅर्कनेस आणि एच्. सॉलबर्ग व त्यांचे सहकारी यांनी प्रथमच ध्रुवीय सीमापृष्ठीय अभिसारी चक्रवाताची प्रतिकृती निर्माण केली. या प्रतिकृतीच्या साहाय्याने हिवाळ्यामधील मध्य अक्षांशांतील पावसासंबंधी स्पष्टीकरण देणे बहुतांशी शक्य झाले.
व्हिल्हेल्म ब्यॅर्कनेस यांनी १९०४ मध्ये प्रथमच प्रतिपादन केले की, वातावरणाची गती, ऊष्मागतिकी, द्रवस्थितिकी आणि वस्तुमान सातत्य यांसंबंधीची अवकल समीकरणे सोडवून हवामानाचे पूर्वकथन करणे शक्य आहे. एल्. एफ्. रिचर्ड्सन या इंग्लंडमधील शास्त्रज्ञाने अशा प्रकारच्या पूर्वकथनाचा एक प्रयोग १९२० च्या सुमारास केला. हा प्रयोग पश्चिम यूरोपवरील हवेच्या दाबाच्या पूर्वकथनाचा होता. या प्रयोगातील प्रचंड आकडेमोडीसाठी बराच कालावधी लागला. या प्रयोगात रिचर्ड्सन यांना दारुण अपयश आले. निराश मनःस्थितीतही त्यांनी भविष्यकाळात एके दिवशी आकडेमोड इतकी सुलभ आणि जलद होईल की, पूर्वकथनाचा काल सुरू झाल्यावर थोड्याच वेळात आकडेमोड पूर्ण करून पूर्वकथन उपलब्ध करून देता येईल असा आशावादी विचार व्यक्त केला.
या अत्यंत अपयशी प्रयोगामुळे शास्त्रज्ञ पुढील तीन दशके अशा पूर्वकथनाच्या प्रयोगांकडे वळले नाहीत परंतु हा प्रयोग यशस्वी का झाला नाही याची कारणे शोधण्याचे काम काही शास्त्रज्ञांनी केले. त्यावरून कळून आले की, निरीक्षण बिंदूंच्या जाळ्यातील दोन लागोपाठ बिंदूंतील अंतर δx असेल, समीकरणांचा समाकलन कालावधी δtीं असेल आणि वातावरणातील सर्वांत गतिमान तरंगांची गती v असेल, तर δx हे अंतर v-δt पेक्षा कमी नसले पाहिजे. जर δx < v-δt असेल तर आकडेमोडीची अस्थिरता निर्माण होते आणि आकडेमोडीपासून प्राप्त असलेले पूर्वकथन लवकरच वास्तवतेपासून सतत दूर जाते. त्यामुळे δx > v-δt ही अति-आवश्यक अट आहे. रिचर्ड्सन यांच्या प्रयोगात δx हे अंतर v-δt पेक्षा बरेच कमी होते. त्यामुळे त्यांचा प्रयोग फसला.
सी. जी. रॉस्बी यांच्या १९३९ सालामधील सिद्धांतावर आधारित हवेच्या गतीच्या अवकल समीकरणाचे सुलभीकरण करण्यात येऊन त्याचा उपयोग हवामानाच्या पूर्वकथनाकडे होऊ लागला. असे पूर्वकथन दुसऱ्या महायुद्धात फार महत्त्वाचे ठरले. १९४५–५५ या काळात शास्त्रज्ञांनी केलेले संशोधन तसेच संगणकांची निर्मिती आणि प्रगती यांमुळे वाता-वरणविज्ञानीय अवकल समीकरणे सोडविणे शक्य होऊन पूर्वकथन करण्यात येऊ लागले. नंतर संगणकांत अफाट प्रगती झाली. अतिजलद आणि अफाट स्मरणशक्तीचे संगणक निर्माण झाले. त्यांच्या साहाय्याने आकडेमोडी जलदपणे करून हवामानासंबंधी पूर्वकथन करणे सोपे झाले. १९६० नंतर वातावरणविज्ञानीय कृत्रिम उपग्रह अंतराळात सोडून ते पृथ्वीभोवती फिरत राहतील अशी व्यवस्था करण्यात आली. या उपग्रहांत निरनिराळ्या प्रकारची यंत्रे आणि व्हिडिओ कॅमेरे ठेवण्यात आले. त्यांच्या साहाय्याने प्राप्त करून घेतलेल्या अनेक निरीक्षणांचा उपयोग वातावरणासंबंधीचे ज्ञान तसेच हवामानाचे पूर्वकथन यांसाठी केला जाऊ लागला.
इंग्लंडमधील रेडीन येथे १९७५ मध्ये स्थापन झालेले पूर्वकथनाचे केंद्र हे मध्यम कालावधीच्या पूर्वकथनाच्या दृष्टीने एक महत्त्वाचा टप्पा मानला जातो. या मध्यम कालावधीच्या पूर्वकथनासाठी वातावरणाची योग्य प्रतिकृती तयार करणे, हे या केंद्राचे मुख्य उद्दिष्ट आहे. भारतातही १९९० च्या सुमारास मध्यम कालावधीच्या हवामानाच्या पूर्वकथनाचे केंद्र दिल्ली येथे स्थापन करण्यात आले.
भारतातील मॉन्सून पर्जन्याच्या पूर्वकथनाचा इतिहास एक शतकापेक्षाही जास्त आहे. इंग्रज सरकारने भारतीय वातावरणविज्ञानीय खाते १८७५ मध्ये सिमला (हिमाचल प्रदेश) येथे स्थापन केले. अवर्षणामुळे अनेक दुष्काळ होऊन भारतीयांना हाल सोसावे लागत असल्यामुळे इंग्रज सरकारने भारतीय वातावरणविज्ञानीय खात्याचे मुख्य निदेशक सर हेन्री ब्लॅनफोर्ड यांना आदेश दिला होता की, भारतीय हवामानाचा काही वर्षे अभ्यास करून प्राप्त झालेल्या ज्ञानाच्या आधारावर भारताच्या मॉन्सून पर्जन्याचा अंदाज सरकारला दरवर्षी देण्यात यावा. या अंदाजाचा उपयोग करून जनतेचे हाल होऊ नयेत, या दृष्टीने काही कृती करणे आवश्यक असल्यास सरकार ती करेल. पहिल्या मॉन्सून पर्जन्याचा अंदाज ब्लॅनफोर्ड यांनी ४ जून १८८६ रोजी दिला. तेव्हापासून तो दरवर्षी दिला जात आहे. अंदाज देण्याच्या पद्धती आणि वापरण्यात येणारे पूर्वसूचक यांसंबंधीचे संशोधन होत राहिल्यामुळे पद्धतींत आणि पूर्वसूचकांत बरेच बदल झाले.
पूर्वकथनाचे स्थल व काल यांचे मापप्रमाण : पूर्वकथना-संबंधीच्या गरजा अनेक प्रकारच्या आहेत. स्थलाच्या मापप्रमाणाचा विचार केला, तर कमीत कमी आणि जास्तीत जास्त स्थलाचे क्षेत्रफळ यात फार मोठी तफावत आहे. हॉकीच्या किंवा क्रिकेटच्या मैदानावर पाऊस पडेल किंवा नाही अशी विचारणा स्पर्धेचे नियोजन करणाऱ्या संस्थांकडून केली जाते. तसेच भारतासारख्या विस्तीर्ण देशावर मॉन्सून पर्जन्य किती होईल, यासंबंधीही पूर्वकथनाची मागणी होते. हॉकीच्या मैदानाचे क्षेत्रफळ सु. ५× १०–२ चौ. किमी. असते. भारताचे क्षेत्रफळ सु. ३.२× १०६ चौ. किमी. आहे. अशा प्रकारे पूर्वकथनाच्या जागेचे क्षेत्रफळ ५×१०–२ चौ. किमी. आणि ३.२×१०६ चौ. किमी. या सीमांमध्ये कोणतेही असू शकते.
पूर्वकथनाचा काल साधारणपणे कमीत कमी एक तास आणि जास्तीत जास्त एक वर्ष म्हणजे ८,७६० तास याप्रमाणे असू शकतो. तीन तास किंवा त्यापेक्षा कमी एवढ्या कालावधीच्या पूर्वकथनास वर्तमानकथन असे संबोधिले जाते. लांब पल्ल्याच्या नियोजनासाठी दशकातील पावसाचे प्रमाण कसे राहील यासंबंधीही पूर्वानुमानाची गरज असते.
स्थल व काल या बाबतींत पूर्वकथनाच्या ग्राहकांच्या अनेक गरजा आहेत. पूर्वकथन करणाऱ्या संस्था यांपैकी किती गरजा भागवू शकतील हा एक प्रश्न आहे.
पूर्वकथनाचे विषय : जे वातावरणविज्ञानीय विषय मानवी कार्यास उपयुक्त किंवा विघातक आहेत, ते पूर्वकथनाचे विषय होऊ शकतात. त्यांशिवाय लोकांसाठी पूर्वकथन करण्याकरिता वातावरणविज्ञांना काही विषयांच्या पूर्वकथनाची गरज असते.
मानवी कार्यास विघातक असलेल्या आविष्कारांचे पूर्वकथन : गडगडाटी वादळ, चंडवात, वातावरणात उडणाऱ्या विमानांवर बर्फ जमणे, स्वच्छ वातावरणातील संक्षोभ क्षेत्रे, घूर्णवाती वादळे, उष्ण- कटिबंधातील चक्री वादळे, समशीतोष्ण कटिबंधीय वादळे, तीव्र पर्जन्य, तीव्र हिमवृष्टी, पूर आणि अवर्षण या पूर्वकथनांचा उपयोग आविष्कारांचे विघातक परिणाम टाळण्यासाठी किंवा ते परिणाम कमी करण्यासाठी आवश्यक असलेली कृती करण्याकरिता केला जातो.
महत्त्वाच्या वातावरणविज्ञानीय घटकांचे पूर्वकथन : ठराविक सीमांच्या पलीकडे जेव्हा वातावरणातील घटकांचे मूल्य पोहोचते तेव्हा त्यांचा मानवी कार्यावर विपरीत परिणाम होतो. तो तसा होऊ नये यासाठी शक्य ती काळजी घेतली जाते. असे घटक पुढीलप्रमाणे : हवेचे कमाल वा किमान तापमान व त्यांची ठराविक सीमांपलीकडील मूल्ये, ठराविक कालातील क्रांतिक पर्जन्य, वाऱ्याची क्रांतिक गती, भारतावर तसेच भारताच्या निरनिराळ्या विभागांवर ठराविक कालावधीत (एक दिवसापासून संपूर्ण मॉन्सूून हंगाम) पडणारे पर्जन्य आणि ठराविक सीमांच्या पलीकडील वाऱ्याची गती इत्यादी.
वातावरणविज्ञांना आवश्यक असणारे पूर्वकथन : काही कार्यांसाठी वातावरणविज्ञानीय घटकांच्या क्षेत्राचे पूर्वकथन आवश्यक असते. उदा., विमानचालक आणि विमानवाहतूक कंपनी यांना विमानोड्डाणाच्या मार्गाच्या आसपास असलेल्या विस्तृत प्रदेशावरील समुद्रसपाटीवरील हवेच्या दाबाच्या क्षेत्राचे, तसेच ठराविक दाबांच्या वातावरणातील पातळ्यांवरील वारे, तापमान व उंची यांच्या क्षेत्रांचे पूर्वकथन उड्डाणांच्या नियोजनासाठी तसेच उड्डाण यशस्वी रीतीने पार पाडण्यासाठी आवश्यक असते. त्यामुळे वातावरणविज्ञ वातावरणाच्या प्रतिकृतीचा उपयोग करून संपूर्ण गोलार्धाकरिता तसेच ठराविक वेळांकरिता पूर्वकथन करीत असतो आणि यापासून ग्राहकांच्या गरजेप्रमाणे निरनिराळ्या क्षेत्रांचे पूर्वकथन त्यांना उपलब्ध करून देतो.
वातावरणाच्या ठराविक स्थितीशी निगडित असलेले पूर्वकथन : हरितगृह परिणाम निर्माण करण्यात वातावरणातील कार्बन डाय-ऑक्साइड या वायूचा फार मोठा वाटा आहे. त्यामुळे वातावरण उबदार राहते. इंधनाकरिता मानव वापरीत असलेल्या खनिज तेलाचे व कोळशाचे वाढते प्रमाण आणि त्यामुळे वातावरणात भर पडणारे कार्बन डाय-ऑक्साइडाचे वाढते प्रमाण, यांमुळे पृथ्वी व तिचे वातावरण यांचे तापमान वाढून ठराविक सीमेच्या पलीकडे पोहोचले म्हणजे पृथ्वीवरील बरेच बर्फ वितळेल, समुद्रसपाटी वाढेल आणि मानवास व त्याच्या निरनिराळ्या उद्योगासाठी ही परिस्थिती हानिकारक होईल, अशी भीती जगातील राष्ट्रांना वाटत आहे. त्यामुळे प्रदीर्घ मुदतीच्या नियोजनासाठी त्यांना याबाबतीत पूर्वकथनाची गरज भासते. जर कार्बन डाय-ऑक्साइडाचे प्रमाण सध्याच्या दुप्पट झाले, तर पृथ्वी व वातावरणाचे तापमान किती होईल यासंबंधीच्या पूर्वकथनाची राष्ट्रांना गरज आहे. असे पूर्वकथन वातावरणाच्या योग्य प्रतिकृती आणि शक्तिशाली संगणक यांच्या साहाय्याने केले जाऊ शकते.
पूर्वकथनाचे ग्राहक जनता, सरकारी/खासगी अधिकारी व कार्यालये, लष्करी अधिकारी व कार्यालये, विमान/जहाज वाहतूक कंपन्या, शेतकरी, गिर्यारोहण मोहिमेचा प्रमुख अधिकारी, क्रीडा स्पर्धांचे अधिकारी आणि व्यक्ती यांप्रमाणे अनेक प्रकारचे आहेत.
पूर्वकथनाच्या निरनिराळ्या पद्धती : सिनॉप्टिक पद्धत : ठराविक वेळांच्या निरीक्षणांच्या नकाशांचा उपयोग करणारी ही पद्धत आहे [→ हवामान नकाशा]. या पद्धतीत भूपृष्ठीय निरीक्षणाच्या प्रत्येक वेळेचा एक नकाशा तयार केला जातो. या नकाशात त्या वेळी घेतलेल्या निरीक्षणांत हवामानाच्या घटकांसंबंधी असलेली माहिती त्या त्या ठिकाणाच्या आसपास नकाशावर लिहिली जाते. त्याशिवाय वातावरणातील निरनिराळ्या प्रमाणित दाबांच्या पातळ्यांवरील निरनिराळ्या ठिकाणांचे वारे, तापमान, आर्द्रता व उंची यांसंबंधीची निरीक्षणांतील माहिती त्या त्या ठिकाणाच्या आसपास लिहिली जाते. अशा प्रकारे रोज दिवसातून ठरलेल्या निरीक्षण वेळांचे भूपृष्ठीय आणि उपरी वातावरणातील निरनिराळ्या पातळ्यां-वरील निरीक्षणांचे नकाशे तयार केले जातात. राष्ट्रांच्या सीमा वातावरणातील दाब प्रणालीस तसेच वाऱ्यास लागू होत नसल्यामुळे फार मोठ्या क्षेत्राचे नकाशे तयार करावे लागतात. मोठी कार्यालये संपूर्ण गोलार्धाचे नकाशे तयार करतात. वातावरणविज्ञ या नकाशांचे विश्लेषण करून वातावरणाच्या त्या वेळेच्या स्थितीचा अभ्यास करतो. यावरून त्यास न्यूनदाब आणि उच्चदाब केंद्रे कोणत्या ठिकाणी आहेत, त्यांचा परिणाम कोणत्या भागांतील ढग आणि हवामान यांवर होत आहे, तसेच कोणत्या पातळीपर्यंत त्यांचा हवेच्या संचरणावर परिणाम होत आहे, यांसंबंधीची माहिती प्राप्त होते. यानंतरचे हवामानाचे नकाशे तयार करून त्याचे विश्लेषण केले म्हणजे या न्यूनदाब वा उच्चदाब केंद्रांची सरकण्याची दिशा आणि गती तसेच वातावरणातील वाऱ्यांच्या संचरणातील बदल यांसंबंधी माहिती मिळते. नकाशांचे विश्लेषण व त्यांचा अभ्यास यांसंबंधीच्या प्रदीर्घ अनुभवानंतर वातावरणविज्ञांना निरनिराळ्या ऋतूंत दाबकेंद्रे आणि त्यांची होणारी स्थित्यंतरे यांसंबंधी पुष्कळ ज्ञान प्राप्त होते. या ज्ञानाच्या आणि प्रचलित नकाशांच्या आधारे वातावरणविज्ञ एखाद्या ठिकाणाच्या किंवा क्षेत्राच्या हवामानाचे पूर्वकथन करू शकतो. याकॉप ब्यॅर्कनेस, व्हिल्हेल्म ब्यॅर्कनेस, एच्. सॉलबर्ग आणि त्यांचे सहकारी यांनी निर्माण केलेली ध्रुवीय सीमापृष्ठीय अभिसारी चक्रवातांची प्रतिकृती पूर्वकथनाच्या सिनॉप्टिक पद्धतीस फार उपयुक्त ठरली. अर्थात मध्य अक्षांशांतील हवामानाच्या पूर्वकथनासच या प्रतिकृतीचा उपयोग होतो. उष्णकटिबंधातील दाबप्रणाली निराळ्या प्रकारची असते आणि तिची निर्मिती निराळ्या प्रकाराने होते. उष्ण- कटिबंधात चक्री वादळे व मॉन्सून हे फार महत्त्वाचे आविष्कार आहेत.
हवामानाचे ठराविक वेळाचे नकाशे तयार करण्याचे कार्य सुरू झाल्यापासून (१८७०) तीन दिवसांच्या पूर्वकथनासाठी सिनॉप्टिक पद्धतीचाच उपयोग केला जात असे. या पद्धतीचे यश पूर्वकथन करणाऱ्या व्यक्तीच्या दीर्घ अनुभवावर अवलंबून असते. सुरुवातीला समशीतोष्ण कटिबंधीय आणि उष्णकटिबंधीय वादळांची निर्मिती, त्यांच्या सरकण्याच्या दिशा आणि गती यांसंबंधी पूर्वकथन केले जात असे. दीर्घ-अनुभवी वातावरणविज्ञांनी या बाबतीत केलेले पूर्वकथन बरेच उपयोगी ठरले.
सादृश्य पद्धत : या पद्धतीत हवामानाच्या चालू नकाशाशी जास्तीत जास्त साम्य असलेले भूतकाळातील नकाशे शोधून काढावे लागतात. अशा भूतकाळातील नकाशांच्या नंतरच्या लागोपाठ २-३ दिवसांच्या नकाशांचा सखोल अभ्यास करून निरनिराळ्या दाबप्रणाल्यांचा क्रमविकास (उत्क्रांती) भूतकाळात कसा झाला, त्या कशा आणि किती वेगाने सरकल्या, त्यांच्यामुळे हवामानात कोठे, किती आणि कसा बदल झाला इ. गोष्टींसंबंधी माहिती प्राप्त केली जाते. या माहितीच्या आधारे पूर्वकथन केले जाते. असे नकाशे फार मोठ्या भूतकाळाकरिता प्राप्त झालेले असतील, तर त्यांतून चालू नकाशाशी साम्य असलेले हवामानाचे काही नकाशे मिळू शकतील. नकाशे लहान भूतकाळाकरिता उपलब्ध असतील, तर चालू नकाशाशी साम्य असलेला एकही नकाशा कदाचित मिळणार नाही. त्याशिवाय असेही होणे शक्य आहे की, चालू क्रमविकास भूतकाळातील क्रमविकासापेक्षा अगदी वेगळा असेल आणि त्यामुळे पूर्वकथन अगदी चुकीचे ठरू शकेल. या पद्धतीच्या आधारे जास्तीत जास्त ४-५ दिवसांपावेतो समशीतोष्ण किंवा उष्णकटिबंध या भागांतील वादळाची स्थिती आणि गती यांसंबंधी पूर्वकथन करता येणे शक्य आहे.
सांख्यिकीय पद्धत : ही पद्धती दोन किंवा जास्त चल पदांमध्ये असलेल्या सहसंबंधांवर आधारित आहे. ज्या चल पदाचे पूर्वकथन करावयाचे असते, त्यास पूर्वकथ्य असे संबोधिले जाते. ज्या चल पदांचा उपयोग पूर्वकथन करण्याकडे केला जातो, त्यांस पूर्वकथक किंवा पूर्वसूचक असे संबोधिले जाते. ज्या पूर्वसूचकांचे पूर्वकथ्याशी चांगले आणि स्थिर सहसंबंध आहेत अशाच पूर्वसूचकांचा पूर्वकथनासाठी उपयोग केला जातो. पूर्वसूचकांचा काल पूर्वकथ्याच्या कालाच्या आधीचा असला पाहिजे. उदा., जर आपले पूर्वकथ्य भारताचे मॉन्सून पर्जन्य (१ जून ते ३० सप्टेंबर या कालातील) असेल, तर पूर्वसूचके एक जूनच्या आधीच्या कालाची असली पाहिजेत. या पद्धतीचा उपयोग करण्याच्या आधी बरेच परिश्रम करून उपयुक्त पूर्वकथकांचा शोध घ्यावा लागतो. ज्या पूर्वकथकांचा पूर्वकथ्याशी सहसंबंध चांगला आणि स्थिर आहे, ते पूर्वकथक उपयुक्त आहेत, असे समजण्यात येते. अशा प्रकारे ४-५ उपयुक्त पूर्वकथक शोधून काढावे लागतात. त्यानंतर पूर्वकथ्य आणि पाच उपयुक्त पूर्वकथक यांमधील रेषीय समाश्रयण समीकरण खाली दिल्याप्रमाणे लिहिले जाते. y = a0 + a1x1 + a2x2 + a3x3 + a4x4 + a5x5येथे y हे पूर्वकथ्य आहे. x1, x2, x3, x4 व x5 ही पूर्वकथके आहेत आणि a0, a1, a2, a3, a4 व a5 हे समीकरणातील स्थिरांक आहेत. काही विशिष्ट कालावधीतील पूर्वकथ्य आणि पूर्वकथके यांची मूल्ये वापरून या स्थिरांकांची मूल्ये प्राप्त करून घेतली जातात. या कालावधीस समाश्रयण समीकरणाचा विकासकाल असे संबोधिले जाते. या स्थिरांकांच्या मूल्यावर आधारित समाश्रयण समीकरण प्राप्त होते. ज्या कालाचा विकासकालात समावेश होत नाही, त्या कालास स्वतंत्र काल असे संबोधिले जाते आणि त्या कालातील वर्षांस स्वतंत्र वर्षे असे म्हणतात.
पूर्वकथ्य आणि पूर्वकथक सहसंबंध स्थिर व चांगला असल्यामुळे असे गृहीत धरले जाते की, हे समाश्रयण समीकरण पुढील म्हणजे विकासकालानंतरच स्वतंत्र कालालाही लागू होईल. तसे गृहीत धरून स्थिरांकांची आणि चालू वर्षाच्या पूर्वकथकांची मूल्ये समीकरणात घालून y चे म्हणजे पूर्वकथ्याचे पूर्वकथन करण्यात येते. पूर्वकथ्य आणि पूर्वकथक यांच्यातील सहसंबंधात कालांतराने बदल होऊ शकतो. त्यामुळे अगदी अर्वाचीन विकासकालातील निरीक्षणे आणि उपयुक्त असलेले पूर्वकथन यांवर आधारित समाश्रयण समीकरण प्राप्त करून त्यापासून पूर्वकथन करणे आवश्यक आहे. पूर्वकथनाच्या या पद्धतीस समाश्रयण पद्धत असेही संबोधिले जाते. जर सहसंबंध रेषीय नसून वक्रीय आहे, असे आढळून आले तर खाली दिलेल्या वक्रीय समाश्रयण समीकरणाचा उपयोग करावा लागेल.
y = a0 + a1 x1p1 + a2 xp2 + a3 x3p3 + a4 x4p4 + a5 x5p5 या समीकरणात आणखी पाच स्थिरांकांची भर पडते. विकासकालातील निरीक्षणांचा उपयोग करून सर्व स्थिरांकांची मूल्ये प्राप्त करून घ्यावी लागतात. ही पद्धत लघू , मध्य व दीर्घ कालावधीच्या पूर्वकथनासाठी वापरता येऊ शकते.
गतिकीय अथवा संख्यात्मक पद्धत : सी. जी. रॉस्बी, जूल शर्ने, ई. टी. ईडी, आर्. फोर्टोफ आणि जॉन फोन न्यूमन यांनी १९४१–५० या दशकात केलेले संशोधन व संगणक तंत्रांत झालेली प्रगती या दोहोंमुळे संख्यात्मक पूर्वकथनाच्या पद्धतीस बरीच अनुकूल परिस्थिती निर्माण झाली. १९५१–६० या दशकात वातावरणाच्या ५०० मिलिबार या समदाब पृष्ठावर लागू होणारे बॅरोट्रॉपिक घूर्णता समीकरण संख्यात्मक पद्धतीने सोडवून शास्त्रज्ञांनी या समदाब पृष्ठावरील वाऱ्यांचे पूर्वकथन केले. वातावरणाच्या ज्या थरात समघनता आणि समदाब पृष्ठे समांतर असतात, त्या थरास बॅरोट्रॉपिक थर असे म्हणतात. वातावरणात असा थर ५०० मिलिबार या समदाब पृष्ठाच्या आसपास असतो.
वातावरणाच्या प्रतिकृतींची निर्मिती करण्यात आली. वातावरणात होणाऱ्या प्रक्रियांचे सदृशीकरण व हवामानाचे संख्यात्मक पूर्वकथन यांकरिता या प्रतिकृतींचा उपयोग करण्यास सुरुवात झाली. हवेचा दाब, तापमान, बाष्प, वाऱ्याची दिशा व गती यांसंबंधीची वातावरणाची भूपृष्ठावरील तसेच निरनिराळ्या पातळ्यांवरील स्थिती एखाद्या विशिष्ट क्षणी प्राप्त झालेली असेल, तर वातावरणातील गती व प्रक्रिया यांस लागू होणारी अवकल समीकरणे संगणकाच्या साहाय्याने सोडवून लहान कालावधीनंतरच्या क्षणी असलेली स्थिती प्राप्त करून घेण्यात येते. नवीन स्थितीपासून सुरुवात करून आणि वातावरणीय समीकरणे सोडवून त्या पुढील लहान कालावधीनंतरच्या क्षणी असलेली स्थिती प्राप्त केली जाते. अशा प्रकारे लहान कालावधीच्या अनेक टप्प्यांनंतर २४, ४८ व ७२ तास या कालावधीनंतरच्या वातावरणाच्या स्थितीचे पूर्वकथन केले जाते. वातावरणासंबंधीची जी समीकरणे सोडवून पूर्वकथन केले जाते ती गती, ऊष्मागतिकी, द्रवस्थितिकी व वस्तुमान सातत्य यांसंबंधीची समीकरणे आहेत. संगणकाने सोडविता येण्यासाठी या समीकरणांचे ठराविक प्रकारे रूपांतर करण्यात येते. ही समीकरणे सोडविण्यासाठी आणखी एक गोष्ट आवश्यक आहे, ती म्हणजे भूपृष्ठावरील ठराविक नियमित अंतरावर असलेल्या बिंदूंचे जाळे आणि त्या बिंदूंवरील भूपृष्ठाची तसेच वातावरणाच्या निरनिराळ्या पातळ्यांवरील वातावरणाची सुरुवातीची स्थिती. निरीक्षण केंद्रे पृथ्वीवर ठराविक ठिकाणीच आहेत. निरीक्षण केंद्रावरील वातावरणाच्या स्थितीपासून जाळ्यातील बिंदूंच्या ठिकाणी असलेली वातावरणाची स्थिती प्राप्त केली जाते. या सुरुवातीच्या वाता-वरणाच्या स्थितीपासून सुरुवात करून वातावरणीय समीकरणे सोडवून, δt, 2 δt, … …, n.δt या कालावधीनंतरच्या अखेर पृथ्वीवरील निरनिराळ्या बिंदूंवर असलेल्या वातावरणाच्या स्थितीचे पूर्वकथन केले जाते. ही पूर्व-कथित स्थिती संगणकाच्या साहाय्याने नकाशावर निरनिराळ्या बिंदूंजवळ लिहिली जाऊन २४, ४८ आणि ७२ तासांच्या शेवटी निरनिराळ्या वातावरणीय घटकांचे पूर्वकथित नकाशे प्राप्त होतात. त्यांचे संगणकाच्या साहाय्यानेच विश्लेषण केले जाते. अशा प्रकारे विश्लेषण केलेले निरनिराळ्या हवामान घटकांचे नकाशे प्राप्त करून घेतले जातात.
वातावरणविज्ञांनी वातावरणातील ऊर्ध्व गतीसंबंधीचे तयार केलेले समीकरण संगणकाच्या साहाय्याने सोडवून वातावरणातील ऊर्ध्व गती-संबंधी पूर्वकथन प्राप्त केले जाते. ऊर्ध्व गती आणि पाऊस यांचा सहसंबंध चांगला असल्यामुळे ऊर्ध्व गतीपासून वर्षणाचेही पूर्वकथन केले जाते.
वातावरणाच्या एखाद्या प्रतिकृतीपासून पूर्वकथन किती चांगले अथवा समाधानकारक होऊ शकेल हे प्रतिकृती किती वास्तववादी आहे, यावर अवलंबून आहे. वातावरणात निरनिराळ्या स्थल व काल मापप्रमाणांवर प्रक्रिया होत असतात. काही प्रक्रियांचे मापप्रमाण फार लहान असते, तर काहींचे मापप्रमाण फारच मोठे असते. समजा, जाळ्यातील दोन सलग बिंदूंतील अंतर ∆x आहे आणि वातावरणाच्या स्थितीपासून समीकरणे सोडवून ∆t कालावधीनंतरच्या स्थितीचे पूर्वकथन प्राप्त होते. वाता-वरणातील ज्या प्रक्रियांचे स्थल मापप्रमाण ?ु पेक्षा कमी आहे आणि काल मापप्रमाण ∆x पेक्षा कमी आहे, अशा प्रक्रिया प्रतिकृतीच्या जाळ्यातून निसटतात. खऱ्या वातावरणात लहान मापप्रमाणावर होणाऱ्या सर्व प्रक्रियांचा परिणाम मोठ्या मापप्रमाणावर होणाऱ्या प्रक्रियांवर होत असतो, तसेच त्याच्या उलटही घडत असते. हा परिणाम प्रतिकृतीत घातला गेला नसेल, तर वातावरणाची प्रतिकृती वास्तववादी आहे असे म्हणता येणार नाही. अर्थात हा परिणाम हुबेहूब प्रतिकृतीत घालणे फार कठीण आहे. राशिमेघ (क्युम्युलस ढग) ही वातावरणातील फार लहान प्रमाणावर होणारी एक प्रक्रिया आहे. याचे स्थल मापप्रमाण साधारणपणे १० किमी. ×१० किमी. असते परंतु जाळ्याचे स्थल मापप्रमाण साधारणपणे २०० किमी. ×२०० किमी. किंवा त्यापेक्षाही जास्त असते. त्यामानाने क्युम्युलसाचे मापप्रमाण एक-चारशे अंश भाग आहे. कधीकधी क्युम्युलस ढगाची १० मिनिटांत बरीच वाढ झाल्याचे आढळते. हा ढग जेव्हा वातावरणात निर्माण होतो, तेव्हा बाष्पातील सुप्त उष्णता वातावरणात सोडली जाते. अशा ढगांची वाढ बरीच झाली म्हणजे गडगडाटी वादळ आणि पावसाच्या सरी निर्माण होतात. वातावरणविज्ञांनी क्युम्युलसाचा परिणाम प्रतिकृतीत घालण्यासाठी बऱ्याच योजना तयार केल्या आहेत परंतु , अद्याप कोणत्याही योजनेस वास्तववादी आणि चांगली अशी मान्यता प्राप्त झालेली नाही. लहान प्रक्रियांचा मोठ्या प्रक्रियांवर होणारा परिणाम वातावरणाच्या प्रतिकृतीत अचूकपणे घालणे ही एक जटिल समस्या आहे. [→ मेघ].
निरनिराळ्या कालावधीचे पूर्वकथन : लघू कालावधी : साधारणपणे ३–७२ तास या कालावधीच्या पूर्वकथनास लघू कालावधीचे पूर्वकथन असे म्हणतात. वैमानिकीय वाहतूक, जहाज वाहतूक, सरकारी/खासगी अधिकारी व कार्यालये, खासगी व्यक्ती, कृषी, जनता, गिर्यारोहण मोहिमा, क्रीडा स्पर्धा नियोजन करणाऱ्या संघटना इ. लघू कालावधीच्या पूर्वकथनाचे ग्राहक होत. पूर्वकथनाचे विषय तसेच पूर्वकथनाच्या स्थलांचे क्षेत्रफळ ग्राहकांच्या गरजांप्रमाणे असते. सर्व-साधारणपणे पाऊस, गारा, वादळ, तीव्र गतीचा वारा यांसंबंधीच्या पूर्व-कथनात बहुतेक ग्राहकांना रस असतो. लघू कालावधीच्या पूर्वकथनासाठी सिनॉप्टिक, सादृश्य, सांख्यिकीय आणि संख्यात्मक या सर्व पद्धतींचा उपयोग केला जातो.
मध्यम कालावधी : ३–१० दिवस या कालावधीच्या पूर्वकथनास साधारणपणे मध्यम कालावधीचे पूर्वकथन असे संबोधिले जाते. कृषी, निरनिराळ्या धरणांवरील अधिकारी, गिर्यारोहण मोहिमा, क्रीडा स्पर्धा नियोजन करणाऱ्या संस्था आणि जनता व खासगी व्यक्ती मध्यम कालावधीच्या पूर्वकथनाचे ग्राहक आहेत. कृषीच्या दृष्टीने मध्यम कालावधीचे पूर्वकथन फार महत्त्वाचे आहे. पिकांच्या निरनिराळ्या अवस्थांतील वातावरणविज्ञानीय गरजा शेतकऱ्यास पूर्णपणे माहीत असतात. पिकाच्या एखाद्या अवस्थेतील पूर्वकथन पिकाच्या दृष्टीने उपयुक्त असेल, तर त्याचा जास्तीत जास्त उपयोग होण्यासाठी शेतकरी योग्य ती कृती करतो. पिकांच्या पेरणीसाठी मध्यम कालावधीच्या पूर्वकथनाचा शेतकऱ्यास बराच उपयोग होतो. धरणांच्या दृष्टीनेही या कालावधीच्या पूर्वकथनास बरेच महत्त्व आहे. धरण जवळजवळ पूर्ण भरलेले असताना जोराच्या पावसासंबंधी पूर्वकथन असले, तर धरणातील पाणी किती व केव्हा सोडावयाचे यांसंबंधी निर्णय धरणावरील अधिकाऱ्यांस घ्यावयाचा असतो. पूर्वकथनाचे विषय तसेच पूर्वकथनाच्या स्थलाचे क्षेत्रफळ ग्राहकांच्या गरजांप्रमाणे असतात. साधारणपणे पूर्वकथन पावसासंबंधी असते, परंतु देशाच्या ज्या भागांत उष्णतेच्या अथवा थंडीच्या लाटेमुळे हानी होऊ शकते, अशा भागांत या लाटांसंबंधीचे तसेच कमाल/किमान तापमानांचे पूर्वकथन केले जाते. या कालावधीच्या पूर्वकथनासाठी सादृश्य, सांख्यिकीय आणि संख्यात्मक पद्धतींचा उपयोग करता येतो.
दीर्घ कालावधी : एक महिना, एक ऋतू किंवा एक वर्ष यांचा या कालावधीत समावेश होतो. या कालावधीच्या पूर्वकथनाचा नियोजनासाठी उपयोग करण्यात येतो. पूर्वकथनाचे विषय एकंदर पर्जन्य आणि सरासरी तापमान असे असतात. कालावधीतील पर्जन्याच्या प्रमाणाचे पूर्वकथन केले जाते अथवा पर्जन्याच्या व तापमानाच्या ३ वर्गांपैकी (सरासरी पेक्षा जास्त, सरासरी जवळ, सरासरीपेक्षा कमी) अथवा तापमानाच्या ५ वर्गांपैकी (सरासरीपेक्षा बरेच जास्त, सरासरीपेक्षा जास्त, सरासरीजवळ, सरासरीपेक्षा कमी, सरासरीपेक्षा बरेच कमी) पूर्वकथन केले जाते. या कालावधीचे पूर्वकथन साधारणपणे मोठ्या क्षेत्राकरिता केले जाते. पूर्वकथनासाठी मुख्यत्वे सांख्यिकीय पद्धतीचा उपयोग केला जातो.
जागतिक हवामान संघटनेने १९६० सालाच्या सुमारास सभासद राष्ट्रांना एक प्रश्नावली पाठवून दीर्घ कालावधीच्या पूर्वकथनासंबंधी माहिती मागविली होती. राष्ट्रांकडून आलेल्या माहितीचा अभ्यास करून या संघटनेने एक अहवाल तयार केला व तो १९६२ मध्ये प्रसिद्ध केला. ‘जगातील दीर्घ कालावधीच्या पूर्वकथनाची विद्यमान स्थिती’ असे या अहवालाचे शीर्षक होते. या अहवालाप्रमाणे १९६० सालाच्या सुमारास पश्चिम जर्मनी, फ्रान्स, पूर्व जर्मनी, हंगेरी, इटली, जपान, स्वीडन, अ. सं. सं. व सोव्हिएट रशिया ही राष्ट्रे मासिक पूर्वकथन करीत होती. भारत, पाकिस्तान, इंडोनेशिया, पश्चिम जर्मनी आणि अ. सं. सं. ही राष्ट्रे ऋत्विक पूर्वकथन करीत होती. ग्रेट ब्रिटनमध्ये मासिक पूर्वकथनाची सुरुवात सु. १९६६ पासून झाली. दीर्घ कालावधीच्या पूर्वकथनाचे महत्त्व लक्षात घेऊन जागतिक हवामान संघटनेने त्यासंबंधी एक कार्यक्रम १९८३ सालामध्ये भरलेल्या नवव्या जागतिक वातावरणविज्ञानीय महासभेत मंजूर केला. या कार्यक्रमाचे मुख्य उद्देश खाली दिल्याप्रमाणे आहेत :
(अ) दीर्घ मुदतीच्या (एक महिना, एक ऋतू) पूर्वकथनाच्या व्यावहारिक पद्धतींचा विकास करण्यासाठी सभासद देशांनी संशोधन वाढवावे म्हणून त्यांना उत्तेजन देणे आणि मदत करणे.
(आ) संख्यात्मक पूर्वकथन पद्धत आणि सुधारित अनुभवजन्य पद्धत यांचा मिलाफ करून वातावरणातील मासिक आणि ऋत्वीय कालप्रमाणावरील बदलांचा अभ्यास करण्यासाठी सभासद देशांना उत्तेजन देणे.
(इ) दीर्घ मुदतीच्या पूर्वकथनाच्या पद्धतींसंबंधी शास्त्रीय ज्ञान, दीर्घ मुदतीच्या पूर्वकथनासंबंधीच्या संशोधनाची सद्यःस्थिती आणि संख्यात्मक पूर्वकथनाची प्रतिकृती व तंत्र यांच्या विकासासंबंधी शास्त्रीय ज्ञान सभासद राष्ट्रांना देऊन त्यांना मदत करणे.
वरील उद्देश ध्यानात ठेवून जागतिक हवामान संघटना वेळोवेळी या विषयावर तज्ञांच्या सभा बोलावून या विषयावरील ज्ञान व तंत्र यांतील प्रगतीचा आढावा घेते त्यासंबंधी अहवाल तयार करून ते प्रसिद्ध करते आणि सभासद देशांना हे अहवाल पाठविले जातात.
पूर्वकथन करणारी कार्यालये/केंद्रे : प्रत्येक देशात वाता-वरणविज्ञानीय खाते आहे. पूर्वकथनाच्या गरजा भागविणे हे या खात्याचे काम आहे. विमान वाहतुकीसाठी लागणारे लघू कालावधीचे पूर्वकथन विमानतळावरील वातावरणविज्ञानीय कार्यालय करते. जहाज वाहतुकीसाठी आवश्यक असणारे चक्री वादळासंबंधी लघू कालावधीचे पूर्वकथन वादळ भयसूचना केंद्रे करतात. ज्या देशांना या वादळापासून नुकसान होते, अशा प्रत्येक देशात अशी केंद्रे असतात. ही केंद्रे जहाजांना तसेच बंदरांना भयसूचना पाठवितात. बंदरांना भयसूचना मिळाली म्हणजे बंदरात धोक्याचे संदेश देतात किंवा संदेश दिवे लावतात. समुद्रावरील मच्छीमारांना दूरूनही स्पष्टपणे संदेेश दिसतात आणि वादळापासून बचाव होण्यासाठी ते योग्य ती कारवाई करतात. तसेच बिनतारी संदेशही पाठविले जातात. ज्या मच्छीमारांच्या बोटीवर हे संदेश प्राप्त करून घेण्याची यंत्रणा असते, त्यांना वादळासंबंधी आवश्यक माहिती लगेच प्राप्त होते. ही वातावरणविज्ञानीय कार्यालये आणि केंद्रे इतर अनेक प्रकारच्या ग्राहकांनाही त्यांच्या गरजेनुसार पूर्वकथने पुरवितात.
मध्यम कालावधीची पूर्वकथने वातावरणविज्ञानीय खात्याच्या एखाद्या ठरलेल्या कार्यालयातूनच पुरविली जातात. दीर्घ कालावधीचे पूर्वकथन हवामान खात्याकडून ग्राहकांना पुरविले जाते.
पूर्वकथनांचा प्रसार : ग्राहकांच्या गरजांप्रमाणे केलेले पूर्वकथन ग्राहक प्रत्यक्षपणे वातावरणविज्ञानीय कार्यालयाकडून प्राप्त करून घेतात किंवा ती विविध यंत्रणेने प्राप्त करून घेण्याची व्यवस्था केलेली असते. यांशिवाय शेतकरी आणि जनता अशा अनेक ग्राहकांना प्रसारमाध्यमांद्वारे पूर्वकथन प्राप्त होते. दूरचित्रवाणी, रेडिओ आणि वर्तमानपत्रे ही यांकरिता वापरली जाणारी प्रसारमाध्यमे आहेत. दूरचित्रवाणी आणि रेडिओ ठरलेल्या वेळी हवामानासंबंधीची माहिती आणि हवामानाची पूर्वकथने यांचे नियमित-पणे प्रक्षेपण करतात. आवश्यकतेनुसार हवामानविषयक माहिती आणि पूर्वकथन यांची विशेष प्रक्षेपणेही केली जातात.
पूर्वकथन करण्यात येणाऱ्या अडचणी : १९५० सालामध्ये संख्यात्मक हवामान पूर्वकथनास सुरुवात झाली. आतापर्यंत त्यात बरीच सुधारणा झाली. त्याचा परिणाम म्हणजे उत्तर गोलार्धीय हिवाळ्यात मध्य अक्षांशांतील प्रदेशाकरिता लघू कालावधीचे पूर्वकथन जास्त चांगले होऊन उपयुक्त पूर्वकथनाच्या कालावधीत ६-७ दिवसांपर्यंत वाढ झाली. ई. लोरेन्ट्स यांच्या अंदाजाप्रमाणे वातावरणाच्या पूर्वकथनाची सीमा सु. दोन आठवडे आहे. या कालावधीनंतरच्या वातावरणाच्या स्थितीची सुरुवातीच्या स्थितीशी काहीही संबंध राहत नाही. परंतु जे. शुक्ल यांनी दाखवून दिले की, सीमा थरातील हळूहळू बदलणाऱ्या घटकांमुळे, तसेच कधी तरी आढळणारी वातावरणाची स्थायी स्थिती (उदा., निरोधक स्थिती) यामुळे एक महिन्याची किंवा त्यापेक्षा जास्त कालावधीची हवामान घटकांची सरासरी मूल्ये यांचे पूर्वकथन करणे शक्य आहे. तसेच एल्-निनो या आविष्काराचे पूर्वकथन करणे कठीण आहे परंतु एकदा हा आविष्कार सुरू झाला की, तो काही काळ टिकून राहतो आणि अशा परिस्थितीत दीर्घ कालावधीचे (एक महिना वा त्यापेक्षा जास्त कालावधी) पूर्वकथन करणे शक्य होते. कोणत्याही ऋतूत, कोणत्याही भूप्रदेशात (उष्णकटिबंध, समशीतोष्ण कटिबंध आणि ध्रुवीय प्रदेश) उपयुक्त असणारी जागतिक वातावरणाची प्रतिकृती निर्माण करणे हे या शाखेत काम करणाऱ्या वातावरणविज्ञांचे अंतिम उद्दिष्ट आहे. या उद्दिष्टापर्यंत पोहोचण्यात खालील-प्रमाणे बऱ्याच अडचणी आहेत.
निरीक्षण सामग्रीचा अभाव : पृथ्वीच्या काही भागांत हा अभाव फार तीव्र आहे. उदा., दक्षिण गोलार्धात ८०% पृष्ठभाग समुद्राने व्यापलेला आहे. समुद्रावर निरीक्षण जहाजे स्थिर ठेवून निरीक्षणे नियमितपणे घेणे प्रचंड खर्चाचे आहे. कृत्रिम उपग्रहांद्वारे बरीच निरीक्षणे रोज प्राप्त होत असतात. तसेच विमानचालकांकडूनही वाऱ्यासंबंधीची निरीक्षणे मुबलक प्रमाणात उपलब्ध होत असतात परंतु ही निरीक्षणे ठराविक नियमित वेळी, ठराविक ठिकाणी रोज घेतलेल्या निरीक्षणांत मिसळल्यामुळे काही अडचणी निर्माण होतात.
वातावरणाच्या प्रतिकृतीतील त्रुटी : क्षेत्रावरील जाळ्याचे अपुरे विभेदन : क्षैतिज विभेदन अपुरे असल्यामुळे लहान प्रमाणांवरील वातावरणीय प्रक्रियांचा प्रतिकृतीत समावेश होत नाही परंतु त्यांचा परिणाम मोठ्या प्रमाणावरील प्रक्रियांवर होत असतो आणि त्यामुळे पूर्वकथन अचूक होऊ शकत नाही. तसेच वातावरणातील भौतिक प्रक्रियांचा प्रतिकृतीत समाधानकारकपणे समावेश करण्यात बऱ्याच अडचणी आहेत.
संगणकासंबंधीच्या गरजा : निरनिराळ्या प्रक्रियांचा प्रतिकृतीत योग्य रीतीने समावेश करण्यासाठी आणि क्षेत्रावरील जाळे आणखी दाट करण्यासाठी जास्त जलद काम करणाऱ्या आणि अफाट स्मरणशक्तीच्या संगणकांची गरज असते.
पूर्वकथनाचे सत्यापन करण्याच्या निरनिराळ्या पद्धती :सत्यापन नेहमी स्वतंत्र वर्षातील पूर्वकथनाचे केले जाते. सत्यापनाच्या निरनिराळ्या पद्धती खाली दिल्याप्रमाणे आहेत.
आपातिक कोष्टक : साधारणपणे वर्षणाची ३ वर्गांत आणि तापमानाची ३ किंवा ५ वर्गांत पूर्वकथने केली जातात. अशा प्रकारे केलेल्या पूर्वकथनांचे सत्यापन आपातिक कोष्टकाच्या आधारे केले जाते. असे कोष्टक ३०–४० पूर्वकथनांवर आधारित असावे. कोष्टकातील वर्गांच्या सीमा काही तत्त्वांनुसार आधीच ठरविलेल्या असतात. समजा, वर्षणाच्या पूर्वकथनाचे भारी, मध्यम आणि हलके असे तीन वर्ग असतील, तर प्रत्यक्ष वर्षणाचे या तीन वर्गांत वर्गीकरण केले जाते. नमुन्यादाखल, खाली एक आपातिक कोष्टक दिले आहे.
|
प्रत्यक्ष |
पूर्वकथित वर्षणाचा वर्ग |
|
||
|
वर्षणाचा वर्ग |
भारी |
मध्यम |
हलके |
समग्र |
|
भारी |
५ |
२ |
१ |
८ |
|
मध्यम |
२ |
६ |
४ |
१२ |
|
हलके |
१ |
२ |
७ |
१० |
|
समग्र |
८ |
१० |
१२ |
३० |
वर्गांचे अचूक पूर्वकथन =५ + ६ + ७= १८= ६०%
भारी वर्षणाचे पूर्वकथन ८ वेळा करण्यात आले. त्यांपैकी ५ वेळा (६२%) ते अचूक होते. मध्यम वर्षणाचे पूर्वकथन ६०% आणि हलक्या वर्षणाचे पूर्वकथन ५८% अचूक होते.
शेकडा अचूक पूर्वकथन : समजा, पूर्वकथित वर्षण ु मिमी. आहे आणि प्रत्यक्ष वर्षण ू मिमी. आहे आणि वर्षणाचे प्रमाण विचलन σआहे. अचूक पूर्वकथनासाठी काही तरी योग्य निकष आधीच ठरविणे आवश्यक असते. साधारणपणे (x – y) हा फरक ०.५σकिंवा त्यापेक्षा कमी असेल, तर पूर्वकथन अचूक असे समजले जाते. आधी ठरविलेल्या निकषाच्या आधारे पूर्वकथनांचे सत्यापन केले जाते.
कसबांक (c) : जर t ही पूर्वकथनांची संख्या, p अचूक पूर्वकथनांची संख्या आणि f कोणत्या तरी प्रमाणित आधारावरील अपेक्षित अचूक पूर्वकथनांची संख्या असेल, तर c = p – f/t-f जर सर्व पूर्वकथने अचूक असतील तर p = t आणि c = 1. तसेच p = f असतील, तर c = 0 म्हणजे पूर्वकथनात कसब नाही. प्रमाणित आधार यद्दच्छा, सातत्य किंवा जलवायुस्थिती यांपैकी कोणताही असू शकतो.
वर्ग माध्य मूळ चूक (व. मा. मू. चू.) :जर x1, x2, … …, xn या प्रमाणे n पूर्वकथने असतील आणि अनुक्रमे y1, y2, … …, yn याप्रामाणे प्रत्यक्ष मूल्ये असतील तर व. मा. मू. चू. = {[(x1-y1)2 + (x2-y2)2 + … … + (xn-yn)2]/n}1/2 जर सर्व पूर्वकथित मूल्ये प्रत्यक्ष मूल्याबरोबर असतील, तर व. मा. मू. चू. चे मूल्य शून्य होईल. या दोहोंतील फरक जसा वाढत जाईल, तसे व. मा. मू. चू. चे मूल्य वाढत जाईल.
सरासरी केवळ चूक : जर x1, x2,…. …, xn याप्रमाणे प पूर्वकथनांची मूल्ये आणि अनुक्रमे y1, y2, y3,… …, yn याप्रमाणे प्रत्यक्ष मूल्य असतील तर, सरासरी केवळ चूक
yn = [|x1-y1|+|x2-y2|+ … … +|xn-yn|]/n.
सहसंबंधांक : पूर्वकथित मूल्ये आणि प्रत्यक्ष मूल्ये यांतील सह-संबंधाचा सत्यापनासाठी कधीकधी उपयोग केला जातो.
भारताच्या उन्हाळी मोसमी (मॉन्सून) पर्जन्याच्या पूर्व-कथनाचे सत्यापन : भारताच्या उन्हाळी मोसमी पर्जन्याचे पूर्वकथनसुरू होऊन एक शतकापेक्षाही जास्त वर्षे झाली. १९८७ मध्ये एक संशोधन अभ्यास प्रसिद्ध झाला. यात भारतावरील क्षेत्रीय सरासरी उन्हाळी मोसमी वर्षण हे पूर्वकथ्य असून डार्विन (आस्ट्रेलिया) येथील हवेच्या ऋत्विक दाबांतील फरक (डिसेंबर-जानेवारी-फेब्रुवारी ते मार्च-एप्रिल-मे) आणि ५०० मिलिबार या समदाब पृष्ठावरील एप्रिल महिन्यातील भारतावरील सरासरी उच्च दाब कण्याचा अक्षांश ही दोन पूर्वकथके आहेत. डार्विन येथील हवेचा दाब म्हणजे दक्षिण स्पंदनाचे एक माप आहे. समाश्रयण समीकरणाचा विकासकाल ३० वर्षांचा आहे. हा विकासकाल एक-एक वर्षाने पुढे सरकणारा असा ठेवला असून ३२ स्वतंत्र वर्षांकरिता पूर्वकथन केले आहे. एकंदर निरीक्षण सामग्री ४६ वर्षांची (१९३९–८४) आहे. आकृतीमध्ये या ३२ वर्षांचे सत्यापन दाखविले आहे.
स्वतंत्रवर्षातील प्रत्यक्ष आणि पूर्वकथित भारतीय उन्हाळी मोसमीपर्जन्य (मिमी.). (तुटकरेषा ± ५ % चूक दर्शवितात).
आकृतीत भुज म्हणजे प्रत्यक्ष पर्जन्य (मिमी.) आणि कोटी म्हणजे पूर्वकथित पर्जन्य (मिमी.) आहे. जर प्रत्येक वर्षी पूर्वकथ्य आणि प्रत्यक्ष पर्जन्य सारखे असते, तर ३२ वर्षांचे सर्व बिंदू तिरक्या सरळ रेषेवरराहिले असते परंतु तसे नसल्यामुळे काही बिंदू या रेषेवर आणिरेषेजवळ आहेत काही बिंदू दोन्ही बाजूंस रेषेपासून थोडे दूर, तर काहीबिंदू रेषेपासून खूप दूर आहेत. या सरळ रेषेच्या दोन्हीही बाजूंना५% चुकीची तुटक रेषा दाखविली आहे. पूर्वकथनातील चूक कितीवर्षांत ५ टक्क्यांपेक्षा जास्त आहे, हे या आकृतीवरून स्पष्ट होते. ३२ पैकी ७ वर्षांत चूक ५ टक्क्यांपेक्षा जास्त आहे. यांपैकी एक वर्ष (१९७२) अवर्षणाचे आहे परंतु इतर ६ अवर्षणांच्या वर्षांत (१९४१, १९५१, १९७४, १९७९ व १९८२) चूक ५ टक्क्यांपेक्षा कमी आहे. अति-वर्षणाच्या पाच वर्षांपैकी (१९४२, १९४७, १९७०, १९७५ व १९८३) फक्त एकाच वर्षात (१९८३) चूक ५ टक्क्यांपेक्षा जास्त होती.
या ३२ पूर्वकथनांची व. मा. मू. चू. ३६ मिमी. आहे. भारतीय उन्हाळी मोसमी पर्जन्य सरासरी ८५७ मिमी. असून पर्जन्याचे प्रमाण विचलन ८२ मिमी., तर व. मा. मू. चू. ही प्रमाण विचलनाच्या अर्ध्यापेक्षाही कमी आहे.
भविष्यातील अपेक्षा : पूर्वकथन जास्तीत जास्त उपयुक्त व्हावे म्हणून जगातील बहुतेक वातावरणविज्ञानीय सेवा पूर्वकथनासाठी संख्यात्मक आणि आनुभविक मिश्र तंत्र वापरतात. संख्यात्मक पूर्व-कथनाच्या पद्धतीने तयार केलेल्या भूपृष्ठीय नकाशात बदल केले जातात. हे बदल करण्यात वातावरणाच्या प्रतिकृतीतील कमतरतेमुळे निरनिराळ्या वातावरणीय परिस्थितींत होणाऱ्या पद्धतशीर चुकांसंबंधीचा अनुभव विचारात घेतला जातो संख्यात्मक प्रतिकृतीपासून प्राप्त झालेली वातावरणीय घटकांची पूर्वकथित मूल्ये आणि भूपृष्ठीय हवामानाची परिस्थिती यांतील सहसंबंधांचा कमाल/किमान तापमान, वर्षण इ. हवामानाच्या घटकांचे पूर्वकथन करण्यासाठी उपयोग केला जातो, तसेच गरजभासल्यास दोन संख्यात्मक प्रतिकृतींपासून प्राप्त झालेल्या पूर्वकथनांची व्यक्तिनिष्ठ तुलना करून पूर्वकथनीय निर्णय घेण्यात येतो.
ग्राहकांच्या गरजांचा विचार केला, तर सध्या प्राप्त होत असलेल्या पूर्वकथनापेक्षा अधिक अचूक पूर्वकथन उपलब्ध करून देणे आवश्यक आहे. यासाठी खाली दिलेल्या सदरांखाली बरेच कार्य करणे जरूरी आहे.
निरीक्षण सामग्री : निरीक्षणांचे जाळे दाट करणे. भूपृष्ठाच्या ज्या भागांत जाळे विरळ आहे, त्या भागांत निरीक्षणे वाढविणे. कृत्रिम उपग्रहांद्वारे आणि विमानचालकांकडून मिळणारी निरीक्षणे ही निरीक्षण केंद्रांच्या जाळ्यातील नियमित वेळी घेतलेल्या निरीक्षणांत मिसळल्यामुळे निर्माण होणारे प्रश्न योग्य रीतीने सोडविणे एक अत्यंत महत्त्वाची गरज आहे.
वातावरणाच्या संख्यात्मक प्रतिकृतीतील कमतरता दूर करणे : निरनिराळ्या भौतिक प्रक्रिया, भूपृष्ठाचे वैचित्र्य आणि पर्वतीय प्रदेश यांचा वातावरणाच्या प्रतिकृतीत योग्य रीतीने समावेश व्हावयास पाहिजे.
संगणकांसंबंधीच्या गरजा : ज्या गोष्टींचा सध्या वातावरणाच्या प्रतिकृतीत समावेश झालेला नाही, त्यांचा समावेश करण्यासाठी अधिक जलद व अफाट स्मरणशक्तीचे संगणक उपलब्ध होणे गरजेचे आहे.
वरील तीनही कार्यास पैसा आणि मनुष्यबळ उपलब्ध झाले, तरीसुद्धा पूर्वकथनाच्या ज्या सीमा गाठता येतील, त्यांमुळे मानवाचे पूर्ण समाधान होणे कठीण आहे. याची मुख्यत्वे दोन कारणे आहेत. पहिलेकारण म्हणजे पूर्वकथनासंबंधी असलेल्या अनेक प्रकारच्या वाजवी/अवाजवी अपेक्षा आणि दुसरे म्हणजे पृथ्वीपृष्ठ आणि वातावरण यांतहोणारे अनपेक्षित आणि अचानक बदल. या बदलांचा उगम भूगर्भात होतो उदा., तीव्र भूकंप, ज्वालामुखींचे तीव्र उद्रेक. या बदलांसंबंधी आतापर्यंत जे ज्ञान प्राप्त झाले आहे, त्यावरून असे दिसते की, भूगर्भातील या आविष्कारांचे नजीकच्या भविष्यकाळात पूर्वकथन करणे शक्य होणार नाही.
पहा : कृषि वातावरणविज्ञान जागतिक हवामान निरीक्षण योजना नाविक वातावरणविज्ञान रडार वातावरणविज्ञान वेधशाळा, वातावरणविज्ञानीय हवामानाचा नकाशा.
संदर्भ : 1. Ahrens, C. D. Meteorology Today with Infotrac : An Introduction to Weather, Climate and the Environment, 1999.
2. Bosart, L. Weather Forcasting in Handbook of Applied Meteorology, 1985.
3. Browhing, K. A., Ed. Nowcasting, 1982.
4. Holten, J. R. An Introduction to Dynamic Meteorology, 1992.
5. Lutgens, F. K. and others, The Atmosphere : An Introduction to Meteorology, 2003.
6. Marchuk, G. I. Numerical Methods in Weather Prediction, 1974.
7. Nebeker, F. Calculating the Weather : Meteorology in 20th Century, 1995.
8. Santurette, P. Georgiev, C. Weather Analysis and Forcasting : Applying Satellite Water Vapour Imagery and Potential Vorticity Analysis, 2005.
मुळे, दि. आ.
“