Kako nastane vremenska napoved

01.03.2019

Avtor: Sašo Slabajna

Ena bolj perečih tem našega vsakdana je prav gotovo vreme, saj nam konstantno kroji potek dneva. Določa nam, kako se bomo oblekli, kakšna bo gneča na cesti, ali bomo vzeli dežnik s sabo ali ne, pozimi nam rado naloži kakšno dodatno rekreacijo z lopato in nas pošlje na pot v službo prej kot običajno, marsikdaj pa nam seveda polepša dan. To so bolj ali manj glavne stvari, na katere običajno povprečni uporabnik misli glede vremena. Vse to lahko izve že s pogledom na vremensko ikono, ki mu jo za tisti ali naslednji dan prikaže telefon, ali pa z ogledom prispevka o vremenu pred večernim dnevnikom. Na drugi strani pa najdemo bolj napredne uporabnike meteoroloških produktov in med njih spadamo tudi jadralni padalci in zmajarji. Nam ikona sonca nad Ajdovščino ne pove prav dosti, zato se zakopljemo v vse mogoče modelske produkte, da izvemo, kakšen bo veter, kdaj se bo pokrilo, kakšna je možnost za plohe, temperaturni gradient, itd... In seveda, takoj ko scurimo, oziroma so bili naši plani večji, kot nam je dan ponujal, ali pa je ponekod pihal veter drugače, kot je bilo napovedano, krivdo zvalimo na meteorologe, češ, kaj so to spet napovedali, oni pa sploh nimajo pojma. Žal, vreme je z eno besedo 'kaos', meteorologi pa so odvisni od modelskih izračunov in svojih izkušenj. In ker gre vreme dostikrat svojo pot, ga tudi največji strokovnjaki, sicer nenamerno, 'pobiksajo'. Razvoj in tehnologija sta se v zadnjem času povzpela v nebo, kako je potem mogoče, da ubogega vremena ne znamo napovedati? Kako sploh nastane vremenska napoved?

Vse se začne v tistih grdih fizikalnih enačbah, ki opisujejo procese v ozračju in bi se jih človek najraje na daleč izognil, če jih zagleda. Nekaj teh enačb prikazuje slika: Te zapletene enačbe govorijo o tem, kako se bo nek delec zraka v neki točki obnašal pri nekih danih pogojih. 'Simpl, vržeš podatke notri, pa je!' No, pa ni. Ni tako preprosto, kot se zdi. Meteorološki model je računalniški program, ki rešuje zgornje in njim podobne enačbe. Nam, prostim letalcem, je najbolj znan model ALADIN, ki se poganja na superračunalniku na Agenciji RS za okolje v Ljubljani. Vsebuje več kot milijon vrstic programske kode in kdor je v življenju že kaj programiral, ve, da je to res ogromno. Pogosto poslušamo, da ima model takšno in takšno ločljivost. Model uporablja 3D mrežo točk, v katerih računa vse te enačbe, ločljivost modela pa nam pove, kakšen je horizontalni razmik med posameznimi točkami. V vertikalni smeri imamo modelske nivoje, ki niso enakomerno porazdeljeni po višini in jih je največ v spodnjem delu ozračja, kjer se odvija največ vremenskih procesov. Za najboljši opis procesov je zelo pomembno tudi, kako model vidi relief površja. Žal ga ne vidi tako, kot ga vidimo mi na Google Maps, ampak zaradi prej omenjene ločljivosti vidi le povprečno višino terena v točkah mreže. Če ima model na primer 10 km ločljivost, bo recimo videl Brnik in Kranj, kaj je vmes pa ne. Ali pa Krvavec in Zaplato, Kokre pa ne bo videl. Zato je teren v modelu bistveno bolj gladek, kot v resnici. Doline se zvišajo ali izginejo, hribi pa se znižajo.

Prvi izvor napak se torej pojavi zaradi modelskega terena. Drugi glavni izvor napak pa so izračuni v modelskih točkah. Model potrebuje neko oceno začetnega stanja atmosfere in zanjo vzame kar napoved starejšega zagona modela ob tisti uri. Ta napoved ima že neko napako. Na voljo ima tudi podatke, ki jih pridobi iz samodejnih postaj, satelitov, letal in vertikalnih sondaž, če so le-te na voljo. Teh meritev je seveda mnogo manj, kot je modelskih točk, poleg tega pa niso enakomerno razporejene po prostoru. Največ jih je pri tleh, po višini pa jih ni veliko. Tudi meritve imajo neko napako, zato njihovih vrednosti model ne more vzeti za resnične. Z določenimi metodami združevanja meritev in ocene začetnega stanja se poskusi čim bolj približati resnici, ki je ne poznamo. Na ta način se izdela najboljši približek resničnega stanja atmosfere, iz katerega se potem požene napoved. To novo začetno stanje ima prav tako neko napako, saj je le približek resnice. Ta napaka pa se s časom napovedi povečuje, zato daljša kot je napoved, manj zanesljiva je. In naj bo začetna napaka še tako majhna, bo napoved prej ali slej postala nezanesljiva.

Kako občutljiva je napoved na začetne pogoje, ki jih damo v model, oziroma na napako, ki jo s privzetjem začetnega stanja atmosfere naredimo, lahko ponazorimo z znanim 'efektom metulja'. Ta pravi, da če metulj zamahne s krili, lahko na drugem koncu sveta nastane orkan. Sliši se povsem pretirano in neverjetno, da bi z enim Slika 2: Kako model vidi teren? Levo - ALADIN z 8km ločljivostjo, desno - WRF z ločljivostjo 4km (okolica Letališča Brnik). malim zamahom s krili naredili tako veliko spremembo, ampak zelo dobro ponazori kaotično naravo vremena. Na tej osnovi namreč temeljijo tako imenovane ansambelske napovedi. Princip ansambla je ta, da se hkrati izračuna več napovedi, vsako z malenkost različnim začetnim stanjem atmosfere. Potem se lahko na enem grafu prikaže npr. vse napovedi temperature in količine padavin v neki modelski točki (slika 3). Vsaka od teh napovedi je prikazana z eno krivuljo neke barve. Nekaj časa so vse napovedi približno enake, oziroma le malo odstopajo druga od druge, kasneje pa med seboj odstopajo vedno bolj. To nam pove, kako nezanesljive postanejo napovedi po nekaj dnevih. Namreč - manj kot se te napovedi med seboj razlikujejo, bolj zanesljiva je napoved in obratno. Iz primera na sliki vidimo, da je napoved zanesljiva za okrog 3 dni naprej, potem pa se napovedi začnejo močno oddaljevati druga od druge, oziroma postaja napoved vedno manj zanesljiva. Poglejmo najnižjo (modra črta) in najvišjo (zelena črta) napoved temperature po osmih ali devetih dneh (24., 25. januar). Ti dve napovedi sta se na začetku lahko razlikovali za manj kot desetinko stopinje, po toliko časa pa vidimo, da se nista prav nič več strinjali med seboj, saj je ena napovedovala temperaturo -15 °C, druga pa +3 °C, kar je povsem neuporabno. To je sicer skrajni primer, vendar so se že po štirih dneh napovedi temperature razlikovale za okrog 5 °C!

Računska zahtevnost modela je ogromna, zato tudi superračunalnik velikosti večje sobe za izračun tridnevne napovedi potrebuje več ur. Tu torej tiči razlog, zakaj se napovedi ne osvežujejo tako pogosto, kot bi si želeli. Ko je izračun modela končan, se ustvarijo produkti, kot so napoved vetra in temperature po višini, napoved vlage na različnih nivojih, časovni preseki, napoved termike itd. Vse te produkte skrbno preučijo meteorologi prognostiki, ki se zelo dobro zavedajo, da modelski izračuni niso popolni, saj je narava prekompleksna. Model namreč zaradi svoje ločljivosti ne more videti in predvideti vsake majhne nevihte ali tanke koprene, ki je npr. nastala vmes med dvema modelskima nivojema. Model tudi ne more napovedati lokalnih vplivov na veter, ki jih najbolj občutimo letalci v vsaki grapi. Velikokrat je npr. vprašanje megle – bo ali ne bo, ter kdaj se bo razkrojila. So pač procesi, ki jih je zaradi našega izredno razgibanega terena in klimatološke lege izredno težko napovedovati. Zato se morajo prognostiki zanesti še na svoje izkušnje in presojo. Tako potem ustvarijo napoved, ki jo dobimo v tekstovni obliki. V mislih je potrebno imeti tudi, da je ta napoved splošna in velja za celo Slovenijo, zato velikokrat pride do komentarjev: 'Ja, so rekli, da bo oblačno, tu pri meni je pa tak sonček!'. Napoved mora biti čim bolj strnjena, saj nekaj strani dolge napovedi, ki bi opisovala vreme po vseh krajih in dolinah verjetno ne bi bral nihče. Obenem se ne napoveduje za vsak kraj posebej, saj bi bila napaka napovedi s tem večja.

Zavedati se je treba, da je vremenska napoved pravzaprav pogled v prihodnost. To, da je človek s pomočjo nekih fizikalnih in matematičnih metod sposoben napovedati, kaj se bo zgodilo v naslednjih nekaj dnevih, je res izjemno. Sploh pa, da je sposoben napovedovati tak kaos, kot je vreme. Zato moramo biti zadovoljni in hvaležni, da sploh imamo to možnost in si zato lahko ustvarimo plane, kam in do kam letet.