deve ser instável, no sentido que as soluções que se
aproximam dela temporariamente não continuam a fazer isso.
Uma solução não periódica com um componente transitório às
vezes é estável, mas neste caso sua estabilidade é uma de
suas propriedades transitórias, que tende a desaparecer.
Para determinar a existência do fluxo não periódico determinístico,
obtivemos soluções numéricas de um sistema de três equações
diferenciais ordinárias programadas para representar um
processo convectivo. Estas equações possuem três soluções de
estado estável e um conjunto enumeravelmente infinito de
soluções periódicas. Todas as soluções, e em particular as
soluções periódicas, são consideradas instáveis. As
restantes soluções, portanto, não podem em geral se
aproximar das soluções periódicas assintoticamente, e então
são não periódicas.
Quando nossos resultados relacionados à instabilidade do fluxo não
periódico são aplicados à atmosfera, que é aparentemente não
periódica, eles indicam que a previsão do futuro
suficientemente distante é impossível por qualquer método, a
menos que as presentes condições sejam conhecidas
exatamente. Em vista da inevitável imprecisão e incompletude
das observações do tempo, a previsão precisa de alcance
muito longo pareceria não existente.
Fica a pergunta em relação a se nossos resultados realmente se
aplicam à atmosfera. Geralmente não se considera a atmosfera
como sendo determinística ou finita, e a falta de
periodicidade não é uma certeza matemática, já que a
atmosfera não tem sido observada eternamente.
O fundamento do nosso principal resultado é a eventual necessidade,
para qualquer sistema limitado de dimensão finita, de vir
arbitrariamente perto de adquirir um estado que tinha
assumido previamente. Se o sistema é estável, seu
desenvolvimento futuro, então, permanecerá arbitrariamente
perto de sua história passada, e será quase-periódico.
No caso da atmosfera, o ponto crucial, então, é se análogos devem
ter ocorrido desde que o estado da atmosfera foi observado
pela primeira vez. Por análogos consideramos especificamente
dois ou mais estados da atmosfera, junto com seu ambiente,
que são similares entre si tão estreitamente que as
diferenças podem ser atribuídas a erros na observação.
Assim, para serem análogos, dois estados devem ser
rigorosamente parecidos em regiões onde as observações são
abundantes e exatas, enquanto não precisam ser similares em
regiões onde não há observações, se estas são regiões da
atmosfera ou do ambiente. Se, não obstante, algumas
características não observadas estão implícitas em uma
sucessão de estados observados, duas sucessões de estados
devem ser quase iguais para ser análogas.
Se é verdade que dois análogos ocorrem desde que a observação
atmosférica começou, segue, desde que a atmosfera não tem
sido observada como sendo periódica, que as sucessões de
estados seguintes a estes análogos eventualmente devem ter
diferido, e nenhum esquema de previsão poderia ter dado
resultados corretos em ambos os momentos. Se, em lugar
disso, |
não têm ocorrido análogos durante este período, pode
existir algum esquema preciso de previsão de alcance muito
longo, usando observações disponíveis no presente. Mas, se
existe, a atmosfera adquirirá um comportamento
quase-periódico, para sempre, uma vez que um análogo
ocorra. Este comportamento quase-periódico não precisa
estar estabelecido, de qualquer maneira, se a variedade de
estados atmosféricos possíveis é tão imensa que os
análogos não precisem nunca ocorrer, mesmo que a previsão
de alcance muito longo seja possível. Deve se dizer que
estas conclusões não dependem do fato da atmosfera ser
determinística ou não.
Ainda fica a pergunta muito importante em relação à até quando é o
“alcance muito longo”. Nossos resultados não dão a
resposta para a atmosfera; supostamente poderiam ser uns
poucos dias ou uns poucos séculos. Em um sistema
idealizado, seja o simples modelo convectivo descrito
aqui, ou um sistema complicado programado para parecer-se
à atmosfera tão rigorosamente quanto possível, a resposta
pode ser obtida comparando pares de soluções numéricas com
condições iniciais quase idênticas. No caso da atmosfera
real, se todos os outros métodos falham, podemos esperar
por um análogo.
Agradecimentos. O autor agradece ao Dr. Barry Saltzman por lhe
fazer notar a existência de soluções não periódicas das
equações de convecção. Um agradecimento especial dedico à
Miss Ellen Fetter pela realização dos muitos cálculos
numéricos e a preparação das apresentações gráficas do
material numérico.
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