Jak počítáme předpověď počasí

29. 3. 2018
ǀ
POSLEDNÍ AKTUALIZACE 20.6.2018 22:38
ǀ
Admin

ÚVOD: Když se řekne numerický model

Dříve byla symbolem předpovědi počasí bílá dřevěná meteorologická budka. Dnes jsou alfou a omegou předpovědi numerické neboli meteorologické předpovědní modely. Bez nich si dnes meteorolog svou práci už ani nedokáže představit.

Numerický předpovědní model je vlastně složitý počítačový program. Ten využívá upravené fyzikální rovnice, aby vypočítal, jak se bude v atmosféře přenášet energie a vzduchové hmoty. A pro každý výpočet budoucího stavu (předpovědi) je potřeba znát co nejlépe stav aktuální.

Aktuální stav se zjišťuje měřením jeho fyzikálních a chemických vlastností. Zní to složitě, ale jde v podstatě jen o obyčejné měření teploty nebo tlaku vzduchu. Tyhle informace se sbírají z meteorologických stanic, balónových sond, radiolokátorů, družicového měření nebo bleskoměrů.

Numerické modely globální a lokální

Všechny numerické modely jsou dnes založeny na složitých matematických rovnicích, liší se ale postupy jejich výpočtů. Např. některé modely ve svých výpočtech více zohledňují tvar zemského povrchu (orografii), radiaci, turbulenci nebo proudění tepla (konvekci).

Jedním typem modelů jsou tzv. globální předpovědní modely. Ty simulují chování atmosféry na celé Zemi. Tyto programy musejí vypočítat předpověď pro celou planetu velmi rychle za několik hodin, aby byly výsledky k dispozici v dostatečném předstihu a daly se v praxi vůbec použít. To je extrémně náročné. Proto se pro tyto modely používají jedny z nejvýkonnějších počítačů na světě. Ani to ale nestačí, a tak se musí zjednodušovat. Model atmosféry se převede do “sítě”, kde jedno pole představuje 20 x 20-50 x 50 km. Zjednodušují se i samotné rovnice pro výpočet. Globální modely také rozdělují výšku do několika hladin, aby byly schopné zaznamenat, co se v různých úrovních na povrchem děje.

Globální modely většinou poskytují předpověď na 10 až 20 dní dopředu. Vypočítají několik desítek možných variant (tzv. ansámbly), jak se může počasí vyvíjet.

S globálními modely pracují velké meteorologické služby. Nejznámější jsou např. americký model GFS, model ECMWF Evropského centra ve Velké Británii nebo ARPAGE ve Francii.

Zjednodušení, díky kterému je možné globální modely vůbec vypočítat, je zároveň i jejich nevýhodou. Modely totiž kvůli němu nemají dostatečné rozlišení, a tak “nevidí” např. pohoří, která ve skutečnosti proudění vzduchu, teplotu i tvorbu srážek ovlivňují. Třeba pohoří velikosti Ještědu či českého Středohoří globální model vůbec nezaznamená. U ještě nižšího rozlišení (cca 100 km) pak model nebere v potaz ani hory o velikosti Krkonoš.

Existují proto i tzv. lokální modely. Ty nepočítají předpověď pro celou Zemi, ale jen pro omezené území. Lokální modely vycházejí z výsledků globálního modelu a tyto výsledky pro malé území zpřesňují.

Protože lokální modely pracují jen s malým územím, jsou schopné pracovat v mnohem větším rozlišení (i pod 2 km) a lépe tak postihnou skutečný tvar krajiny a tedy i stav a vývoj počasí.

Další výhodou lokálních modelů je možnost častějšího generování výsledků, tedy předpovědí. Například po 15 nebo 30 minutách. Záleží ale opět na rozlišení – čím větší rozlišení, tím přesnější výsledek, ale také náročnější a hlavně delší výpočet. Na pomalejších počítačích se tedy snadno může stát, že výpočet předpovědi počasí trvá déle než je vlastní délka předpovědi – jak mělo být zítra bychom se pak dozvěděli až pozítří.

Asi to bude překvapivé, ale i takové výpočty se v meteorologii používají. Často se např. nechávají vypočítat předpovědi několik let starých situací a výsledky se pak srovnají s reálně naměřenými hodnotami. A podle toho se potom model ladí a vylepšuje.

V Čechách je nejpoužívanějším lokálním modelem ALADIN od Českého hydrometeorologického ústavu. Vlastní lokální model dnes mají skoro všechny národní meteorologické služby v Evropě a existuje i několik modelů soukromých společností a výzkumných center. U nás je to třeba model Medard od Akademie věd ČR.

Jaký model v Meteopressu počítáme

V Meteopressu používáme model WRF, který počítá počasí nad Evropou, střední Evropou a ČR a SR.

I model WRF vychází z výsledků globálního modelu GFS s rozlišením cca 25 km. Z výchozího rozlišení umí model WRF dopočítat (a tedy zpřesnit) předpověď na třetinové rozlišení. To znamená, že pokud máme počáteční rozlišení 9 km, model umí spočítat předpověď s rozlišením 3 km. Pokud chceme dostat předpověď s rozlišením kolem 1 km, spočítáme nejdřív větší oblast s rozlišením 9 km, pak oblast s rozlišením 3 km a teprve potom oblast zájmu s rozlišením 1 km. Vychází to zhruba následovně: Evropa → střední Evropa → Česká republika.

Protože ale mají globální modely čím dál větší rozlišení, je už dnes možné vypočítat předpověď pro Českou republiku ve vysokém rozlišení rovnou z výpočtu oblasti střední Evropy. Tím se ušetří spousta výpočetního času a předpověď je k dispozici rychleji.

Zvyšování rozlišení pro výpočet ale paradoxně může vést k snížení přesnosti předpovědi. Z jemného modelu může například vyjít informace typu „na souřadnicích N49.95 E15.25 začne pršet ve 13:45“. Z méně detailní globální předpovědi přijde informace typu „na souřadnicích N50 E15 bude pršet mezi 12. a 15. hodinou”. Když pak začne pršet ve 13:15, byla předpověď globálního modelu přesnější…

Z tohoto (a dalších) důvodu meteorologové varují před možnou špatnou interpretací modelových předpovědí, které se laická veřejnost může snadno dopustit.

Z čeho vyplývají nepřesnosti modelových předpovědí

Důvodů, proč není předpověď meteorologického modelu 100% přesná, je celá řada. Předně je to nedokonalá znalost aktuálního stavu atmosféry. Tlak a teplotu na povrchu Země měříme v meteorologických stanicích. Ty jsou ale od sebe vzdálené v Evropě desítky kilometrů, v Africe stovky kilometrů a v polárních oblastech ještě více. A my přesně nevíme, co se děje mezi nimi a musíme to jen odhadovat.

Ještě méně informací máme o stavu atmosféry ve výšce, která je ale pro získání ucelené informace o aktuální situaci a výpočet jejího vývoje zásadní. Vzhledem k velké dynamice atmosféry můžou i relativně malé rozdíly v rovnicích a odhadu počátečního stavu vést po několika málo dnech k naprosto rozdílným výsledkům. I právě proto vznikají různé varianty předpovědí (ansámblů), které počítají globální, ale i některé lokální modely.

Další příčinou nepřesností v předpovědích je zjednodušování rovnic v modelech, o kterém už jsme mluvili. Každé zjednodušení znamená i nárůst nepřesností ve výpočtech. I právě proto pořád mluvíme jen o PŘEDPOVĚDI počasí.

Sledujeme živě

Živě
AKTUÁLNĚ,REPORT,SRÁŽKY ǀ 18.7.2018

Na Lysé hoře napršelo přes 100mm za 24 hodin, hladiny řek na SZ Moravy stouply

Živě
FOTOGRAFIE ǀ 16.7.2018

V pondělí se vyskytly bouřky, v Nepomuku napršelo 51 mm

Živě
AKTUÁLNĚ,REPORT ǀ 10.7.2018

V úterý se v Česku vyskytly bouřky

Mohlo by vás zajímat

BOUŘKY ǀ 20.7.2018

Obrazem: Včerejší destruktivní tornáda v Iowě

REKORDY ǀ 20.7.2018

Rekordy na 21. července.

ZE SVĚTA ǀ 19.7.2018

Británie se mění v Saharu, Švédsko v plamenech

REKORDY ǀ 19.7.2018

Rekordy na 20. července