• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • XIV Festiwal Nauki/ Jak prognozuje się pogodę

    29.09.2010. 00:27
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    O tym, z jak dużym wyprzedzeniem prognozować pogodę i gdzie można znaleźć jej najbardziej wiarygodną prognozę, a także dlaczego prognozy w Stanach Zjednoczonych sprawdzają się częściej niż w Polsce mówił kierownik Zakładu Fizyki Atmosfery Instytutu Geofizyki UW, prof. Szymon Malinowski podczas XIV Festiwalu Nauki w Warszawie.

    "Numeryczne prognozy pogody istnieją od czasu, kiedy jesteśmy w stanie zapisać prawa rządzące przepływami atmosferycznymi i wyrazić je w postaci równań fizycznych" - przypomniał ekspert w czasie wykładu "Czy to się daje przewidzieć? Przeszłość, teraźniejszość i przyszłość numerycznych prognoz pogody i klimatu".

    Dodał, że pierwszą osobą, która skompletowała równania dynamiki atmosfery był Wilhelm Bierkens. "Jego równania opisują, jakie siły działają na elementy powietrza i dzięki nim można rozwiązać układ zmiennych takich jak prędkość, ciśnienie, temperatura w atmosferze" - powiedział geofizyk. Jednak same układy równań nie wystarczą, żeby obliczyć pogodę. "Jedną rzeczą jest napisać ten układ równań, a czymś zupełnie innym - zabrać się za ich rozwiązywanie. Rozwiązania wcale nie muszą być bowiem jednoznaczne" - podkreślił.

    To Richard Frey Richardson odkrył sposób, w jaki podstawiać dane do układów. W jego systemie atmosfera podzielona była na siatkę, w której obliczane były stany atmosfery w danej chwili; stany te służyły jako punkt wyjścia dla obliczeń kolejnych stanów pogody.

    "W pomieszczeniu odpowiadającym kuli ziemskiej siedzą rachmistrzowie, odpowiadający różnym długościom i szerokościom geograficznym. Siedzą na kilku poziomach, przyporządkowanym różnym poziomom w atmosferze. Na środku stoi pan, który co jakiś czas mówi: +przechodzimy do następnego progu czasowego!+. Wtedy rachmistrz z danego punktu bierze od kolegów ze wszystkich stron obok, z góry i z dołu, wartości pól prędkości przepływu, temperatury, czy ciśnienia, wykonuje całkowanie w czasie i oblicza wartości tych pól. W następnym progu czasowym przekazuje je wszystkim sąsiadom. W ten sposób obliczane są wartości pól atmosferycznych, w każdym punkcie" - obrazowo wyjaśniał prof. Malinowski sposób prognozowania pogody lub klimatu według Richardsona.

    Dodał, że współczesne numeryczne prognozy pogody działają na podobnej zasadzie, jak "rachmistrzowie", choć w modelach uwzględnia się o wiele więcej dodatkowych czynników pogodowych, a do obliczeń używa się komputerów. "Typowy model przepływów atmosferycznych to jest od stu do tysiąca osobolat pracy. Nie ma ani jednej osoby, która rozumiałaby wszystkie jego elementy" - podkreślił.

    Komputery i szczegółowe modele nie rozwiązały jednak wszystkich problemów. "Nauczyliśmy się zapisywać i rozwiązywać równania, ale są duże trudności, żeby zasilić je danymi. Wyobraźmy sobie, że mamy model idealny, w którym wszystkie procesy, które dzieją się w rzeczywistości są zapisane w postaci równań. Powiedzmy jest to gra, +Simcity+. I ta gra idealnie oddaje wszystkie prawa, jakie rządzą rozwojem miasta. Nawet korzystając z takiej idealnej gry bardzo trudno jest odtworzyć rozwój Warszawy i obliczyć, jak miasto się będzie rozwijać. Tak samo, jeśli nie wiemy, jak zanurzyć rzeczywistość w modelu, to nie wiemy też, jak zrobić prognozę pogody. Musimy nauczyć się tłumaczyć to, co wiemy o świecie na język równań" - wyjaśniał prelegent.

    Zwrócił przy tym uwagę, jak małą liczbą danych dysponują polscy specjaliści. "W Polsce mamy 50 stacji meteorologicznych, które co godzinę robią pomiary w różnych miejscach i dodatkowo 2 razy na dobę z 3 stacji wypuszczamy balony meteorologiczne, które płyną z wiatrem i z grubsza mierzą, co się dzieje. Musimy tą małą liczbą danych zasilić model tak, żeby jego ewolucja nadążała za tym, co się dzieje w rzeczywistości. Do tego mamy niedoskonałe przyrządy i nasza informacja odbiega od stanu rzeczywistego. Jeśli wpuścimy te dane do modelu, to obserwacja jest (jedynie-PAP) w pobliżu prawdziwego przebiegu zdarzeń. Za kilka godzin - następna. Jak zasilić model, żeby nadążał za rzeczywistością?" - powiedział naukowiec.

    Przypomniał, że - jak odkrył Edward Lorenz - równania układów pogodowych są nadzwyczaj czułe na warunki początkowe, choć początkowo wyniki są zbliżone do rzeczywistego przebiegu zdarzeń, w dalszych etapach stawać się mogą ekstremalnie różne. Dane wstępne różniące się o tysięczne ułamków mogą doprowadzić do kompletnie różnych wyników. Tak więc, skoro ani modele, ani pomiary nie są idealne, nie można mieć pewnych prognoz pogody.

    "To, co można zobaczyć w telewizji, prezentowane jako jedna jedyna prognoza, to tylko rozwiązanie najbardziej prawdopodobne" - podkreśliła prof. Malinowski. Jak tłumaczyła, wyników prognoz jest jednak wiele. Mogą one być przedstawiane jako tzw. wiązka prognoz, która rozchodzi się z punktu wejściowego. Na jej podstawie można odtworzyć rozkład prawdopodobieństw różnej pogody i stwierdzić, jaka prognoza jest możliwa, a jaka nie pojawia się w żadnym z rozwiązań.

    Ekspert zaznaczył jednak, że są miejsca na mapie, gdzie wszystkie modele, nawet te na sześć dni naprzód, wskazują to samo, a są miejsca, gdzie prognozy pogody kompletnie się rozjeżdżają. Stąd wiadomo, gdzie prognoza ma większą szansę się sprawdzić.

    Jeśli mamy miejsce krytyczne, które odpowiada za rozwój niestabilności, można wysłać tam np. samolot, aby wykonał dodatkowe pomiary - mówił ekspert. - To może dać nam kluczową informację, która pozwoli poprawić prognozę. Takie dodatkowe pomiary, czyli targeted observations, stosuje się m.in. w przypadku huraganów.

    "Europa jest w dosyć niewdzięcznym miejscu do prognozowania pogody, a Polska - w bardzo niewdzięcznym miejscu. Wynika to z wpływu Oceanu Atlantyckiego. Drugim problemem są Góry Skandynawskie. Współczesne modele słabo radzą sobie z efektami dużego nachylenia terenu" - opisywał prof. Malinowski. Zauważył, że w Stanach Zjednoczonych pogoda jest bardziej stabilna, dlatego tam przewidywania meteorologów sprawdzają się częściej niż w Europie.

    Za najwygodniejszy dostęp do wiadomości o pogodzie prof. Malinowski uznał norweską stronę www.yr.no. "To jest chyba jedyne miejsce, w którym wyniki pomiarów z ośrodka naukowego są prezentowane w formie przystępnej dla obywatela" - zachwalał.

    "Do planowania weekendu to jest najlepsze możliwe miejsce. Dlaczego warto sprawdzać te pogody, a nie prognozy pogody w radiu czy w telewizji? W TV czy radiu nie zależy na tym, żeby podawać świeże prognozy. Są to prognozy mocno przestarzałe. A przecież te prognozy z czasem zaczynają robić się rozbieżne. Informację świeższą na ogół o 12 a może nawet 18 godzin znaleźć można na norweskiej stronie. Tam dane są zmieniane co 6 godzin" - dodał naukowiec.

    PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

    agt/

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Prognoza pogody - przewidywanie czasowych i przestrzennych zmian stanu atmosfery. Prognozy pogody można sklasyfikować w zależności od czasu prognozy, obszaru, i sposobu prognozy. Europejskie Centrum Prognoz Średnioterminowych (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF) – międzynarodowa organizacja zajmująca się prognozą pogody. W 2006 roku prognoza pogody z ECMWF miała najlepszą sprawdzalność w stosunku do innych modeli numerycznych na świecie i wyprzedzała sprawdzalność prognozy z modelu amerykańskiego - GFS o około jeden dzień. ECMWF prognozuje pogodę od sierpnia 1979 roku. Zmienna prognostyczna - wartością jaką przewiduje model ogólnej cyrkulacji atmosfery lub oceanu czy model prognozy pogody podczas rozwiązywania równań fizycznych.

    Numeryczna prognoza pogody – ocena stanu atmosfery w przyszłości na podstawie znajomości warunków początkowych oraz sił działających na powietrze. Numeryczna prognoza oparta jest na rozwiązaniu równań ruchu powietrza za pomocą ich dyskretyzacji i wykorzystaniu do obliczeń maszyn matematycznych. Nowcasting - angielski termin oznaczający prognozę pogody "na teraz". Opisuje aktualny stan pogody i jej rozwój w ciągu najbliższych kilku godzin, zwykle najbliższe 6 godzin lub okres jeszcze krótszy.

    Zmienna diagnostyczna - wartością jaką uzyskuje się na podstawie zmiennych prognostycznych w modelu ogólnej cyrkulacji atmosfery lub oceanu czy modelu prognozy pogody podczas rozwiązywania równań fizycznych. National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) (pol. Amerykańska Narodowa Służba Oceaniczna i Meteorologiczna lub Narodowa Administracja ds. Oceanów i Atmosfery) – amerykańska agencja rządowa zajmująca się prognozą pogody, ostrzeżeniami sztormowymi, ostrzeżeniami przed innymi ekstremalnymi zjawiskami pogodowymi (m.in. rekonesansem cyklonów tropikalnych). Pomimo, że jest nakierowana na działalność operacyjną (modele numeryczne, prognoza pogody, prognoza falowania, zbieranie danych), to część działalności zajmują badania naukowe. NOAA ma spektakularne sukcesy w opracowaniu reanalizy danych meteorologicznych używanych w badaniach klimatu. Ma bogatą historię w rozwoju globalnych i regionalnych numerycznych prognoz pogody i rozwoju satelitarnych technik w meteorologii, hydrologii i oceanografii.

    Meteorolog (synoptyk) - osoba prowadząca badania naukowe i opracowująca modele teoretyczne odnoszące się do składu, struktury i dynamiki atmosfery w powiązaniu z oddziaływaniem podłoża. Meteorolog przygotowuje także prognozy pogody. Asymilacja danych - proces analizy danych, uwzględniający zarówno pomiary jak i wyniki modelu prognostycznego. Metoda jest używana w numerycznych modelach prognozy pogody, cyrkulacji oceanu i wielu innych zastosowaniach do oceny zmiany układów dynamicznych.

    Automatyczna Sieć Obserwacji Powierzchniowych (the Automated Surface Observing Systems, w skrócie ASOS) jest amerykańskim programem automatycznego zbierania danych meteorologicznych dla celów prognoz pogody i lotnictwa.

    SYNOP zakodowana depesza meteorologiczna zawierająca informacje o powierzchniowych obserwacjach meteorologicznych (ang. surface synoptic observations) (nazywana jest FM-12 przez WMO). SYNOP jest używany do kodowania informacji ze stacji synoptycznych obsługiwanych przez obserwatora oraz ze stacji automatycznych. Zazwyczaj jest przesyłany co godzinę (na wojskowych stacjach meteorologicznych co 30 minut). Innym kodem jest METAR, który jest wysyłany częściej, ale zawiera mniej informacji pogodowych. SYNOP składa się z grup znaków opisujących temperaturę, ciśnienie, warunki pogodowe, i inne parametry obserwowane na stacji. Depesza SYNOP zbierana prawie jednocześnie ze stacji synoptycznych na świecie stanowi podstawę większości prognozy pogody. Rozkodowaną depeszę SYNOP nanosi się na mapę synoptyczną.

    Egain forecasting jest metodą regulacji temperatury w ogrzewanych budynkach, polegającą na wyliczaniu zapotrzebowania na energię cieplną, która powinna być dostarczona do budynku w jednostce czasu. Dzięki wykorzystaniu danych o strukturze fizycznej budynku oraz danych meteorologicznych pochodzących z lokalnej prognozy pogody (temperatura zewnętrzna, siła i kierunek wiatru, a także nasłonecznienie), następuje wyliczenie zapotrzebowania na energię cieplną. W przypadku tradycyjnej regulacji temperatury w budynkach, pod uwagę brana jest jedynie aktualna temperatura zewnętrzna. Global Forecast System (GFS) - Globalny System Prognozowania (GFS, Global Forecast System) to globalny system prognozowania pogody krótko i średnioterminowej. Najważniejszym składnikiem systemu jest numeryczny model prognozy pogody obsługiwany przez Amerykańską Narodową Służbę Oceaniczną i Meteorologiczną (NOAA).

    Cykl szybkiej prognozy - (ang. Rapid Update Cycle w skrócie RUC) jest metodą numerycznej prognozy pogody opartej na regionalnym modelu numerycznym z szybką (cogodzinną) asymilacją danych. Przepowiednie pogodowe: Konieczność prognozowania pogody dotyczyła zwłaszcza społeczeństw rolniczych, dla których niespodziewane zmiany warunków atmosferycznych mogły oznaczać utratę plonów, a w konsekwencji przynieść głód i choroby. Prognozy powstawały na podstawie długotrwałych obserwacji reakcji organizmu ludzkiego, zachowania się domowych i dzikich zwierząt oraz zjawisk zachodzących w otaczającym środowisku naturalnym. Z czasem, gdy doszukano się związków między poczynionymi spostrzeżeniami a zmianami pogody, utrwaliła się w świadomości pokoleń wiedza, która często pozwalała przewidywać zjawiska atmosferyczne. Prognostyki te przekazywane były zazwyczaj ustnie, dlatego też otrzymywały niekiedy formę łatwych do zapamiętania rymowanek, którtch jednak nie należy utożsamiać z przysłowiami, łączącymi wnioski trafne z bezwartościowymi. Ludowe przepowiednie pogodowe miały zwykle charakter prognoz krótkoterminowych i lokalnych, ale starano się również przewidywać pogodę na większym obszarze i w wymiarze długoterminowym, tj. prognozować nadchodzące lato lub zimę.

    3dvar (od ang. trójwymiarowy wariacyjny) - metoda asymilacji danych, np. meterologicznych używana w modelach prognostycznych prognozy pogody lub innych modelach prognostycznych. Program informacyjny – gatunek programu telewizyjnego, którego głównym celem jest przedstawienie bieżących wydarzeń, najczęściej politycznych, ale także kulturalnych, sportowych, itp. oraz prognozy pogody. Programy takie emitowane są zazwyczaj kilka razy dziennie, trwają od 5 do 60 minut. Główne wydania (najdłuższe) pojawiają się w telewizji wieczorem, zazwyczaj między 18 a 22, i stanowią podsumowanie wydarzeń z danego dnia. Coraz częściej programy informacyjne nadawane są z newsroomów, a rzadziej z osobnego studia.

    Dodano: 29.09.2010. 00:27  


    Najnowsze