Jak se předpovídá počasí ?

Jedním z nejčastějších témat běžného rozhovoru bývá, jaké bylo, je nebo bude počasí. Častokrát si pak diskutující postěžují, jak to meteorologům opět nevyšlo a takové předpovědi, že by zvládli i oni. Jak se vůbec vytváří předpověď a je opravdu tak jednoduché předpovídat počasí?

Získání vstupních dat do numerických modelů

Pro předpověď počasí musíme znát co nejpřesněji to aktuální, které se dnes měří pomocí meteorologických stanic, aerologických výstupů (vypouštění balonu se zavěšenou sondou), meteorologických radarů a stále častěji i s pomocí družic. U meteorologických stanic se měří teplota, vlhkost a tlak vzduchu, směr a síla proudění (větru), spadlé srážky, sněhová pokrývka a další meteorologické prvky. Pro předpověď počasí je to ovšem málo, neboť se jedná defacto pouze o přízemní vrstvu, zatímco to podstatné se odehrává nad ní.

Proto se provádí aerologické výstupy, kdy se vypouští balon naplněný vodíkem a na něm je zavěšená sonda, která během výstupu měří a následně pak odesílá data k dalšímu zpracování. Jejich vypouštění je však finančně náročné a proto se vypouští jen v určitých termínech (obvykle dvakrát až čtyřikrát denně), u nás je to na stanicích Praha-Libuš a v Prostějově.

Mapa meteorologických stanic ve světě s rokem jejich založení. Zdroj https://homeclimateanalysis.blogspot.cz/

Pomocí meteorologických radarů získáváme data o aktuálním rozložení srážek a jejich intenzitu, což je vhodné pro krátkodobé předpovědi, zejména pak v letním období u konvektivních srážek.

Zejména v místech, kde je řídká síť meteorologických stanic, lze v poslední době využít i družice. Ty nám posílají nejen snímky oblačnosti, ale s jejich pomocí dnes dokážeme i měřit některé meteorologické veličiny, jako např. teplotu.

Ačkoliv je na celém světě počet měřících stanic s pozemním pozorováním uznávaným WMO ( World Meteorological Organization – Světová meteorologická organizace) kolem 7000, stanic kde provádějí aerologická pozorování je necelá tisícovka. Již z toho plyne, že máme jisté mezery v získaných informacích o daném počasí v určité oblasti a tyto nedostatky musíme nějakým způsobem nahradit. To je první závažný problém a nepřesnost již na počátku celého procesu modelové předpovědi vývoje počasí.

Zpracování naměřených dat

Takto získaná data se vloží do modelů, což jsou vlastně složité soustavy nelineárních diferenciálních rovnic, díky kterým lze vypočítat pravděpodobný scénář vývoje počasí v následujících hodinách a dnech. Složité rovnice nám tedy neumožní jejich přesné vyřešení, ale s využitím superpočítačů lze s pomocí numerických metod získat poměrně přesný odhad vývoje během několika nejbližších desítek minut. (ale spíše hodin)

Pro získání předpovědi na delší časové období se postupuje po jednotlivých krocích, kdy výsledek předchozích výpočtů slouží jako výchozí data pro další výpočet. Tím i počáteční drobné chyby mohou narůstat, což nakonec dělá v delším časovém horizontu předpověď nespolehlivou. Aby se eliminovaly zmíněné chyby, provádí se desítky podobných výpočtů, ale vždy s nepatrně upravenými vstupními daty. Výsledná data se dále zpracují a s pomocí statistiky se pak vypočítá pravděpodobnost vypočítané předpovědi.

Samotné numerické modely pak rozlišujeme na globální s výpočtem i na delší časové období, které má ale hrubou předpovědní informaci a lokální, kde jsou již zohledněna místní orografická specifika a vzhledem k jemnějšímu rozlišení lze i lépe předpovídat lokální meteorologické jevy. Jejich předpovědní období ovšem nebývá tak dlouhé jako u globálních modelů. U nás se používá speciální česká verze modelu ALADIN, z těch globálních pak např. GFS, ECMWF, ICON a další.

Ansámblový výstup modelu GFS z půlnoci 24.3.2017. Za povšimnutí stojí velký rozptyl jednotlivých variant (ansámblů) a tím i možné nepřesné předpovědi na první dubnový týden. Na obrázku zobrazují horní křivky vývoj teploty v hladině 850 hPa (cca 1500 m n.m.), spodní část grafu zobrazuje předpokládané úhrny srážek.

Konečnou podobu předpovědi určí meteorolog

Z výsledků modelů pak meteorolog musí na základě svých poznatků a zkušeností rozhodnout, jaký scénář vývoje počasí je asi nejpravděpodobnější a následně pak vytvořit samotnou předpověď počasí.

Z výše popsaného postupu výpočtu je patrné, že může nastat situace, kdy se výsledky jednotlivých modelů mohou značně rozcházet a taková předpověď je pak s větší nejistotou, že předpovídaný meteorologický jev opravdu nastane. Obvykle se hůře předpovídají zvlněné studené fronty, v létě pak i konvektivní srážky a zejména pak bouřky s lokálními silnými srážkami nebo s krupobitím.

Dalším špatně předpověditelným jevem je nízká oblačnost, kde stačí i menší změna proudění a oblačnost se buď rozpustí anebo naopak začne vznikat.

Složité je i předpovídat oteplení po déle trvajících mrazech, kdy opět záleží na směru a síle proudění, aby se nižší polohy takzvaně „profoukly“. V tomto období bývá často problémem předpovědět skupenství srážek. Při teplotách kolem nuly se může během padání srážek jejich skupenství několikrát změnit ze sněžení do deště a naopak. Je-li ve výšce dostatečně teplý vzduch, pak ani teploty pod bodem mrazu v přízemní vrstvě nezmění, že bude padat déšť, který bude namrzat a vytvářet tak nebezpečnou ledovku. Tím se již dostáváme k tomu, k jakému účelu předpovědi slouží a pro koho se vytvářejí.

Pro koho se předpovědi vytvářejí?

Kromě běžné předpovědi počasí pro většinovou populaci se také vytvářejí další specializované předpovědi. Takovou dostávají například zemědělci, pro které se zpracovávají předpovědi s důrazem na teploty a srážky, obzvláště v jarním období, které je klíčové pro vývoj plodin.

Další skupinou, pro kterou se vytváří specializované předpovědi, jsou silničáři a doprava obecně, pro které je důležité zejména zimní období, kdy se sleduje přdevším skupenství srážek nebo teploty a je potřeba předpovědět možnost vzniku ledovky nebo náledí. V železniční dopravě mohou být komplikace při namrzlém trakčním vedení, v případě silného větru hrozí pád větví nebo stromů, na horách se mohou tvořit vysoké závěje.

Podobné to je i v energetice, která je citlivá zejména na mrznoucí srážky a námrazu, kdy tíha ledu a námrazy může zpřetrhat vedení, v případě vichřice rovněž hrozí pády stromů a větví do vedení.

Speciální předpovědi mají letiště, kde slouží letečtí meteorologové a kde je potřeba předpovídat zejména dohlednost a rychlost či směr větru, ale také bouřky nebo tvorbu námrazy.

Důležitou oblastí je předpověď pro vodohospodářství, kde meteorologové společně s hydrology vydávají výstrahy na případné povodně. Řada lidí si po povodních klade otázku. Proč se nevypouštěly nádrže. Je potřeba si uvědomit, že naše nádrže neplní jen funkci pro zadržování vody při povodních, ale mají i funkci zásobovací, slouží k výrobě elektrické energie a v neposlední řadě i k rekreaci. Proto je zde vypracován postup, jak se při jednotlivých situacích chovat. Někdy na první pohled zdánlivé nelogické zadržování vody, má své důvody. Překotné vypouštění by mohlo být rizikem pro stabilitu nádrže, v delším horizontu by v případě nedostatečných srážek mohlo být rizikem sucho v korytě řeky.

Další oblastí jsou pak specializované předpovědi např. pro firmy, které jsou závislé na počasí nebo určitém jevu a potřebují ho znát v konkrétním místě nebo v konkrétní čas.

Meteorologie je důležitou součástí dnešní společnosti a pomáhá zmírňovat následky extrémního počasí. Je to ale stále obor, ve kterém se pracuje s menší či větší mírou nejistoty a tak předpověď počasí bude stále vykazovat jistou nepřesnost, zvláště pokud budeme předpovídat na delší časové období.

Pozvánka na Den otevřených dveří

Pro zájemce o práci meteorologů a meteorologii obecně, pořádá Český hydrometeorologický ústav „Den otevřených dveří“, který se každoročně koná u příležitosti „Světového dne vody“ 22. března a „Světového dne meteorologie“ 23. března. Letošní Den otevřených dveří bude probíhat zítra 25. března na pracovištích ČHMÚ a vybraných meteorologických stanicích. Odkaz na další informace naleznete zde.

Zdroj ČHMÚ https://portal.chmi.cz/