Jak počasí vzniká a jak přesně ho dokážete předpovědět?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Prognostici slibují slunečný den a za oknem vánice. Nepřesnosti v předpovědích jsou spojeny jak s rychle se měnícími podmínkami prostředí, tak s globálními klimatickými transformacemi. Moderní meteorologové přesto v předpovědi udělali průlom, dnes se k tomu používají matematické algoritmy, vznikají nové metody a nástroje pro studium aktuálních povětrnostních podmínek.

Jak se dnes přírodní jevy zkoumají a zda je možné v budoucnu dělat dokonale přesné předpovědi, bylo snadno dostupné v americkém populárně vědeckém magazínu Discover. T&P článek upravila a přeložila.

Jak vzniká počasí

Atmosférická vrstva Země se skládá především z dusíku, kyslíku a vodní páry. Tento vzduch se chová jako kapalina a při proudění z jednoho místa na druhé mění teplotu, vlhkost a další vlastnosti. Počasí je vedlejším produktem atmosféry, která přenáší teplo z jednoho místa na druhé.

Chladnější vzduch je hustý a nemůže pojmout mnoho vlhkosti; teplejší vzduch je méně hustý a pojme více vody. Když se srazí oblasti vzduchu různé teploty a hustoty, dochází k dešti, protože se z ochlazeného teplého vzduchu tvoří voda. Mohou se objevit i jiné srážky. Jak teplý, vlhký vzduch stoupá vzhůru, ochlazuje se a voda kondenzuje na částicích suspendovaných ve vzduchu. Stoupající kapky se stávají těžšími a následně padají k Zemi.

Hurikán vzniká, když se mořská voda zahřeje nad 27 ℃ a rychle se odpaří a vzduch nad oceánem se ohřeje a stoupá. Na jeho místo přicházejí proudy studeného vzduchu, které se také ohřívají a stoupají vzhůru. Tyto pohyby vytvářejí silné větry, tvoří se hurikán.

Jak se dříve studovaly přírodní jevy

Vědecká pozorování počasí začala v renesanci, kdy byly vynalezeny barometry a teploměry. Starověcí evropští učenci jako Galileo používali tyto nástroje k vysvětlení jevů počasí.

Ale rané předpovědi byly omezené a založené pouze na předpokladu, že minulost určí budoucí chování.

„Pokud je dnes bouře v Kansasu a další den v Missouri, můžete říct, že příští den přijde do Illinois,“vysvětluje Bob Henson, meteorolog a autor knihy Weather Underground.

Tato metoda funguje za konstantních podmínek – když se bouře postupně přesouvá nebo když se místní klima ze dne na den příliš nemění (například v jižní Kalifornii).

Tato jednoduchá metoda však nebere v úvahu měnící se podmínky: například bouře se rychle tvoří v důsledku konvekce (přesun objemů vzduchu z jedné nadmořské výšky do druhé v důsledku Archimedovy síly. - pozn.). Naštěstí v dnešním světě existují nové způsoby, jak předpovídat počasí. Předpovědi nedělají lidé, kteří se dívají na mapy a včerejší maxima a minima, dělají je stroje.

Aktuální předpověď počasí

Meteorologové využívají numerické předpovědi počasí tak, že zadávají údaje o aktuálním počasí. Poté jsou zpracovány v počítačovém modelu. Čím relevantnější a přesnější informace zadáte, tím přesnější bude předpověď. K získání těchto dat se používají přístroje jako meteorologický balón, letadla, satelity a oceánské bóje.

Vzorce počasí rozdělují oblast, stát nebo dokonce celou zeměkouli na buňky. Jejich velikost ovlivňuje přesnost předpovědi. Velké obdélníky jsou hůře vidět, co se děje v malých oblastech, ale poskytují celkový obraz o trendech počasí v průběhu času. Tato obecná předpověď je nezbytná například pro určení pohybu bouře.

Malé buňky s vyšším rozlišením umožňují předpověď na kratší časové období – jeden až dva dny – a pokrývají pouze určitou oblast. Některé modely se mohou zaměřit na konkrétní údaje, jako je rychlost větru, teplota a vlhkost. Proto dva počítačové modely mohou poskytovat mírně odlišné výsledky i při naprosto stejných počátečních pozorováních.

Jsou možné dokonalé předpovědi?

"Počítačové modely jsou dostatečné pro každodenní předpovědi počasí, takže meteorologové toho moc nepřidají," říká Schumacher, odborný asistent atmosférických věd na Colorado State University. - Ale to neznamená, že lidé nejsou vůbec potřeba. Prognostik dokáže rozpoznat nepřesnosti v datech reprodukovaných počítačovým systémem.

Srážky je mnohem těžší předpovědět než teplotu, říká Matt Kölsch, hydrometeorolog z University's Atmospheric Research Corporation v Boulderu.

„Teplota je souvislé pole, je všude. Srážky jsou přerušované pole, někde může pršet nebo sněžit, ale jinde nebude vůbec."

Krajinné rysy oblasti, jako jsou kopce, pobřeží, ovlivňují srážky a počítačové modely to ne vždy berou v úvahu. Kölsch říká, že k předpovědi na 24 až 36 hodin je potřeba meteorolog. Předvídání situací s velkým dopadem, jako jsou hurikány, tornáda a záplavy, je náročnější a vyžaduje jak lidské zdroje, tak počítačové systémy.

Od 50. let minulého století se rychlé počítače stávají stále přesnějšími předpověďmi. Podle Národního úřadu pro oceán a atmosféru je dnešní pětidenní předpověď přesná asi v 90 % případů.

7denní předpověď se ukáže jako správná v 80 % případů a předpověď na 10 dní v 50 % případů

Dnes je pětidenní předpověď hurikánů spolehlivější než čtyřdenní předpověď na začátku roku 2000 a třídenní předpověď v devadesátých letech. A časopis Nature z roku 2015 zjistil, že předpovědi na tři až deset dní se zlepšily asi o den za deset let, což znamená, že současná šestidenní předpověď je stejně přesná jako pětidenní předpověď před 10 lety.

Bohužel velké klimatické změny komplikují proces prognózování. Existuje vtip, že motýl mávající v Hongkongu může změnit počasí v New Yorku. Tuto myšlenku předložil v roce 1972 matematik a meteorolog Edward Lorenz. „Motýlí efekt“spočívá v tom, že malé změny mohou mít obrovský dopad na vývoj celého systému.

V praxi to znamená, že jeden počítačový model, spuštěný vícekrát, i při sebemenších rozdílech v aktuálních podmínkách, může poskytovat různé předpovědi. Z tohoto důvodu je potenciální předpovědní limit kolem 14 dnů, říká Bob Henson.

„Lorenz v podstatě řekl, že je nemožné předpovídat počasí na více než dva týdny, protože tato malá motýlí křídla a nespočet dalších maličkostí povedou k velkým změnám,“říká Henson.

Meteorolog Judt je přesvědčen, že lidstvo nikdy nemůže předpovědět bouřku více než několik hodin předem, bez ohledu na to, jak kvalitní jsou pozorování.

"U hurikánů a bouří, které jsou mnohem silnější (a proto snáze zjistitelné předem), může toto období trvat dva až tři týdny," říká.

Při vytváření předpovědi meteorologové zohledňují nejistoty několikrát pomocí matematického modelu. Zároveň to dá trochu jiný výsledek, ale většina z nich bude podobná. Nejčastější z nich bude konečný výsledek.