Jak počítáme předpověď počasí

29. 3. 2018
ǀ
POSLEDNÍ AKTUALIZACE 8.4.2018 10:19
ǀ
Admin

Když se řekne numerický model

Dříve byla symbolem předpovědi počasí bílá dřevěná meteorologická budka, dnes jsou to numerické neboli meteorologické předpovědní modely, které jsou alfou a omegou předpovědí počasí. Bez nich si dnes meteorolog nedokáže představit předpověď počasí.

Numerický předpovědní model je složitý počítačový program, který využívá upravené fyzikální rovnice pro výpočet přenosu energie a vzduchových hmot v atmosféře. Přitom každá předpověď budoucího stavu atmosféry vychází ze znalosti aktuálního stavu. V přírodních vědách se aktuální stav zjišťuje měřením jeho fyzikálních a chemických vlastností. Skrývá se za tím vlastně také obyčejné měření teploty nebo tlaku vzduchu, které si mnozí z nás provádí každodenně doma. Jako počáteční data nám slouží naměřená data z meteorologických stanic, balónových sond, radiolokátorů, družicového měření nebo bleskoměrů.

Numerické modely globální a lokální

Dnes jsou numerické modely založeny tedy na složitých matematických rovnicích, liší se však postupy jejich výpočtů. Některé modely více ve svých výpočtech zohledňují například orografii, radiaci, turbulenci nebo konvekci.

Takzvané globální předpovědní modely simulují chování atmosféry na celé Zemi. Avšak k tomu, aby byly schopny vypočítat předpověď v dostatečně krátkém čase několika hodin tak, aby byla v praxi použitelná, musí být použity jedny z nejvýkonnějších počítačů na světě. Ani to však nepostačuje. Proto musí být model atmosféry zjednodušen do pravidelné (gridové) sítě o rozměrech jednoho výpočetního políčka cca 20 x 20 až 50 x 50 km. Použité fyzikální rovnice rovněž musí být zjednodušeny. Výpočetní modely pracují s několika výškovými hladinami nad sebou, aby postihly děje a procesy v různé výšce nad povrchem.

Tyto modely většinou poskytují předpověď na 10 až 20 dní dopředu v několika desítkách možných variant (takzvaný ansámbl), které udávají rozptyl možného budoucího vývoje. Globální modely jsou počítány ve velkých meteorologických službách – nejznámější jsou americký model GFS, model ECMWF Evropského centra ve Velké Británii nebo ARPAGE ve Francii.

Nevýhodou globálních meteorologických modelů je jejich nedostatečné prostorové rozlišení, kvůli němuž v modelech nejsou „vidět“ pohoří, která ve skutečnosti proudění vzduchu, teplotu i tvorbu srážek ovlivňují. Proto existují tzv. lokální modely, ty nepočítají předpověď pro celou Zemi, ale jen pro omezené území a pro své okolí využívají výsledků z globálních modelů. Lokální model vlastně výpočet globálního modelu na malém území zpřesňuje, protože je schopen operovat v menším rozlišení většinou, což již mnohem lépe vystihuje realitu. Lokální modely poskytují předpověď většinou na kratší časové období.

Pro naše území je nejpoužívanějším lokálním modelem ALADIN počítaný v Českém hydrometeorologickém ústavu. Vlastní lokální meteorologický model však dnes provozují téměř všechny národní meteorologické služby v Evropě a existuje i několik modelů provozovaných soukromými společnostmi či výzkumnými centry, u nás jde například o model Medard provozovaný Akademií věd ČR.

V Meteopressu počítáme model WRF

Model WRF je jedním z více lokálních modelů, které počítají předpověď počasí na omezené oblasti – v Meteopressu konkrétně nad Evropou, střední Evropou a ČR či SR. Mezi hlavní výhody lokálních modelů patří menší výpočetní náročnost, díky čemuž je možné počítat předpověď počasí ve větším rozlišení než u globálních modelů, což se příznivě projeví i na modelové orografii. V rozlišení pod 2 km již modelová orografie vcelku poměrně dobře kopíruje reálnou krajinu, a v předpovědi se tak objeví i jevy výrazně závislé na konfiguraci terénu – například vlnové proudění v závětří horské překážky. U globálních modelů je naopak orografie velmi zhlazená a pohoří velikosti Ještědu či českého Středohoří v modelu vůbec nejsou, u rozlišení globálního modelu kolem 1° (cca 100 km) mizí i hory velikosti Krkonoš… Další výhodou lokálních modelů je možnost častějšího generování výstupních souborů – například po 15 či 30 minutách. Pokud ale zvýšíme rozlišení modelu třeba na 1km, výpočetní náročnost opět výrazně vzroste. Na pomalejších počítačích se tedy snadno může stát i to, že výpočet předpovědi počasí trvá déle než je vlastní délka předpovědi – jak bude zítra bychom se dozvěděli až pozítří – vlastně se tedy v čase, kdy výpočet skončí, dozvíme jak mělo být včera. Vypadá to nelogicky, ale i tohle se v meteorologii někdy používá, a to docela často – k ladění modelů se často počítají „předpovědi“ několik let starých situací, kdy se třeba vyskytly intenzivní srážky s povodněmi, a výsledky se srovnávají s reálnými naměřenými hodnotami – lepší než čekat na povodeň a až potom zjistit, že model nefunguje jak by měl…  

Lokální modely pro omezené oblasti využívají jako okrajové a počáteční podmínky pro výpočty hodnoty z globálních modelů. Model WRF používá jako počáteční a okrajové podmínky většinou hodnoty z globálního modelu GFS s rozlišením cca 25 km. Model WRF umí dopočítat počáteční a okrajové podmínky do cca třetinového rozlišení, takže pokud se chceme dostat na finální rozlišení kolem 1km, musíme spočítat nejprve větší oblast s rozlišením cca 9km, a dále vnořenou oblast s rozlišením 3km, a teprve potom oblast zájmu s rozlišením 1km. Vychází to zhruba následovně: Evropa → střední Evropa → Česká republika. Se vzrůstajícím rozlišením globálních modelů se ale v současné době daří počítat oblast České republiky ve vysokém rozlišení rovnou z výpočtu oblasti střední Evropy, čím se ušetří poměrně dosti výpočetního času…

Zjemňování geografického rozlišení a časového kroku výpočtu předpovědního modelu ale může paradoxně vést ke „snížení přesnosti předpovědi“. Z jemného modelu může například vypadnout informace typu: „v uzlovém bodě N49.95 E15.25 začne pršet ve 13:45“, ale v hrubší globální předpovědi bude informace taková, že „v uzlovém bodě N50 E15 bude pršet mezi 12 a 15 hodinou“, což bude úspěšnější výsledek, pokud začne pršet třeba ve 13:15… 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?

Proč předpověď meteorologického modelu není absolutně přesná? Důvodů je celá řada. Předně je to naše nedokonalá znalost aktuálního stavu atmosféry. Na zemském povrchu tlak a teplotu měříme v řadě meteorologických stanic, ty jsou však od sebe vzdáleny v Evropě desítky kilometrů, v Africe stovky kilometrů, v polárních oblastech ještě více a my nevíme, co přesně se děje mezi nimi a musíme to jen odhadovat. Ještě méně informací máme o stavu atmosféry ve výšce, která je však pro synoptickou situaci a její vývoj tím zásadním. Právě různé varianty toho, co se děje mezi známými měřeními jsou základem variant předpovědí (ansámblů) počítaných globálními, ale i některými lokálními modely. Vzhledem k velké dynamice atmosféry mohou i relativně malé rozdíly v rovnicích a odhadu počátečního stavu vést po několika málo dnech k naprosto rozdílným výsledkům. Dalším důvodem je, že rozlišení modelů neumožňuje použití všech známých fyzikálních rovnic, a ty musí být zjednodušeny, což samozřejmě znamená nárůst nepřesnosti výsledných výpočtů. Proto stále hovoříme o PŘEDPOVĚDI počasí.

 

.

 

Sledujeme živě

Živě
BOUŘKY ǀ 23.5.2018

Středeční bouřky v Česku

Živě
BOUŘKY,FOTOGRAFIE ǀ 19.5.2018

Sobotní bouřky přinesly i kroupy

Živě
BOUŘKY ǀ 11.5.2018

Páteční bouřky přinesly opět kroupy, na Brněnsku se vyskytla další tromba

Živě
BOUŘKY ǀ 10.5.2018

Ve čtvrtek se v Česku vyskytly bouřky, na Klatovsku lidé pozorovali trombu

Mohlo by vás zajímat

BOUŘKY ǀ 23.5.2018

Středeční bouřky v Česku

BOUŘKY ǀ 23.5.2018

U Somálska zrozena další tropická cyklóna

STATISTIKA ǀ 23.5.2018

Káhira v sevření neslýchaného parna

REKORDY ǀ 23.5.2018

Rekordy na 24. května