Prognoza pogody - przewidywanie czasowych oraz przestrzennych zmian stanu atmosfery. Prognozy pogody da się sklasyfikować w zależności od czasu prognozy, obszaru, oraz sposobu prognozy.
Podstawowe parametry opisujące stan atmosfery to ciśnienie, temperatura, prędkość oraz kierunek wiatru. Związane z nimi wielkości takie jak zachmurzenie, zamglenie, stan morza, zanieczyszczenia atmosferyczne także są elementami prognozy pogody oraz wielokrotnie zależą od prognozy podstawowych elementów.
Prognoza pogody zależy od ilości oraz jakości danych początkowych. Z uwagi na chaotyczną naturę procesów opisujących rozwój zjawisk atmosferycznych prognoza pogody staje się z czasem coraz mniej dokładna.
Historia prognoz pogody
Przez tysiące lat ludzie starali się przewidywać pogodę. Około 340 p.n.e. Arystoteles opisał zjawiska pogodowe w pracy "Meteorologica". W Chinach prognoza pogody był praktykowana przynajmniej od 300 p.n.e. Starożytne metody polegały zwykle na lokalnych obserwacjach. Np. czerwone słońce o zachodzie zwykle zwiastowało dobrą pogodę następnego dnia. Ta lokalna wiedza o pogodzie tworzona była przez stulecia. Dopiero wynalazek telegrafu w 1837 zapoczątkował nowoczesny rozwój prognoz pogody z reguły ze względu na możliwość zebrania początkowych danych równocześnie w czasie. Dwóch naukowców jest uznawanych za pionierów prognoz pogody. Francis Beaufort (słynny ze swej skali Beauforta) oraz Robert FitzRoy. Obydwaj posiadali duże wpływy w Brytyjskiej Marynarce Wojennej. Chociaż ich wysiłki były ośmieszane w prasie tego okresu, to ich idee zostały zaakceptowane przez środowiska naukowe oraz stanowią podstawy współczesnych prognoz pogody. W XX wieku nastąpił gwałtowny rozwój meteorologii jako dziedziny wiedzy. Idea numerycznej prognozy pogody (NPP) była zapoczątkowana przez angielskiego naukowca oraz pacyfistę Lewisa Richardsona w 1922 roku. Niestety jego schemat obliczeniowy był niewłaściwy, a obliczenia wykonywano ręcznie. Dopiero konstrukcja komputerów po II wojnie światowej oraz rozwój metod numerycznych umożliwiły gwałtowny rozwój NPP oraz ich operacyjny charakter.
Klasyfikacja prognoz pogody
Czas
- prognoza "na teraz" (0-6 godzin)
- prognozy krótkoterminowe (0-3 dni)
- prognozy średnioterminowe (5-7dni)
Prognozy na teraz stosowane są np w żeglarstwie olimpijskim, tutaj istotne jest przewidzenie pierwszej zmiany wiatru czy częstotliwości zmian wiatru przez następne parę godzin. Tego typu prognozy są wielokrotnie używane w natychmiastowych decyzjach z ważnymi albo mniej ważnymi konsekwencjami (np. czy wystrzelić prom kosmiczny na orbitę albo czy zabrać rano parasol). Prognozy krótkoterminowe (0-3 dniowe) są aktualnie najczęściej dawane przez narodowe ośrodki prognoz takie jak polski Instytut Meteorologii oraz Gospodarki Wodnej, brytyjski Met Office, czy francuską Meteo France. W Polsce prognozę krótkoterminową daje także Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego oraz Komputerowego Uniwersytetu Warszawskiego. Prognozy krótkoterminowe opracowane są na podstawie (a) analizy danych meteorologicznych, (b) analizy zdjęć satelitarnych, (c) analizy innych aktywnych oraz pasywnych metod teledetekcyjnych, (d) na podstawie modeli numerycznych wykorzystujących podstawowe opisy fizyczne przepływu powietrza, (e) oraz na podstawie subiektywnych ocen osoby stawiającej prognozę. Prognozy średnioterminowe (5-7 dni) są w Europie dawane przez Europejskie Centrum Prognoz Średnioterminowych (ECMWF) z siedzibą w Anglii. Jakość prognoz średnioterminowych oraz krótkoterminowych ma olbrzymi wpływ na ekonomię, zwłaszcza w naszych szerokościach geograficznych. Z uwagi na chaotyczny przepływ powietrza nad Ziemią prognozy średnioterminowe posiadają mniejszą sprawdzalność niż prognozy "na teraz" oraz prognozy krótkoterminowe. Istnieje też dział meteorologii zajmujący się klimatologią synoptyczną, dziedziną pośrednią pomiędzy prognozami średnioterminowymi a prognozami ogólnej zmiany klimatu.
Prognozy długoterminowe oraz klimatologia synoptyczna
- prognozy długoterminowe (powyżej 7 dni)
- prognozy międzysezonalne (zmiany pomiędzy sezonami)
- prognozy wewnątrzsezonalne (zmiany w czasie sezonu)
Mimo że prognozy długoterminowe posiadają mniejszą sprawdzalność to pewne elementy pogodowe da się prognozować w skali sezonu. Dla przykładu, prognoza ilości cyklonów tropikalnych na Atlantyku jest stale opracowywana oraz ma dobrą sprawdzalność. W zachodnich Stanach Zjednoczonych pewne sezonalne oceny takie jak intensywność opadu zależą od zjawisk wielkoskalowych determinowanych przez fazę El Niño/La Niña oraz bywają przewidywane na skali sezonu. Prognozy długoterminowe oraz związana z nimi klimatologia synoptyczna posiadają olbrzymie znaczenie ekonomiczne w przewidywaniu m.in. plonów zbóż.
Opis klimatu oraz prognozy ogólnych zmian klimatu dotyczą tych samych elementów stanu atmosfery – wiatr, ciśnienie, temperatura ale skale czasowe są wydatnie dłuższe oraz bezpośredni wpływ na pogodę posiadają zjawiska o skali astronomicznej (teoria Milankowicza) czy dziesięcioletniej. Mimo że prognozowane są te same parametry, to prognozą pogody w skali wielu lat zajmuje się osobny dział meteorologii, są to badania klimatu oraz ogólnej zmiany klimatu.
Obszar
- prognoza lokalna
- prognoza mezoskalowa
- prognoza regionalna
- prognoza globalna
Lokalna prognoza pogody podawana jest dla określonej miejscowości albo nawet miejsca. Dla przykładu w czasie zawodów żeglarskich różnica w kierunku wiatru przy brzegu oraz na środku akwenu może stanowić istotny element prognozy. Mezoskalowe prognozy pogody są na skali kilkuset kilometrów. Np. ocena wystąpienia w danym dniu bryzy morskiej jest prognozą mezoskalowa. W skali kilku krajów europejskich mówimy o prognozie regionalnej albo mezoskalowej. Prognozy globalne dawane są dla całej kuli ziemskiej.
Metody
- wiedza lokalna (lub folklor)
- synoptyczne
- numeryczne
Metoda oparta na akumulacji wiedzy lokalnej albo przekazu ustnego jest wielokrotnie skuteczna - chociaż prognoza jutro będzie tak jak dziś sprawdza się w 70%. Metoda synoptyczna oparta jest na zgromadzeniu danych początkowych z rozmaitych źródeł. Dane są systematyzowane oraz nanoszone na mapy synoptyczne. Z kilku poprzednich map pogody, na podstawie zrozumienia zjawisk pogodowych, oraz na podstawie subiektywnej oceny synoptyk ocenia zmiany jakie nastąpią. Nowoczesną metodą prognoz pogody są modele numeryczne. Modele najczęściej oparte są na metodach statystycznych albo na podstawowych zasadach fizyki.
Dane meteorologiczne
Pomiary parametrów meteorologicznych przebiega się bezpośrednio albo metodami pośrednimi czyli teledetekcyjnymi. Tradycyjne obserwacje prędkości wiatru na powierzchni Ziemi, ciśnienia, temperatury, opadu, wyładowań atmosferycznych, pokrywy oraz rodzaju chmur robione są na stacjach meteorologicznych przez specjalnych obserwatorów albo przez automatyczne stacje pomiarowe. Światowa Organizacja Meteorologiczna (WMO) standaryzuje procedury pomiarowe oraz sposoby przesyłania danych przez światową sieć meteorologiczną. Ważnym elementem pomiarów są sondaże aerologiczne górnych warstw atmosfery. Polegają one na pomiarach przesyłanych na Ziemię za pomocą sondy meteorologicznej umocowanej do balonu meteorologicznego. Sonda zawiera podstawowe instrumenty takie jak pomiar ciśnienia czy temperatury. Z kolejnych pomiarów położenia balonu da się wywnioskować o prędkości oraz kierunku wiatru. Tego typu synoptyczne, czyli jednoczesne na całym świecie, pomiary wykonywane są przez stacje pomiarowe co 12 godzin (słowo synoptyczny pochodzi od greckich słów syn – w tym samym czasie, oraz optic – widoczne, czyli widoczne jednocześnie). Podobne sondaże da się dostać ze startujących oraz lądujących samolotów pasażerskich. Duży problem w zbieraniu danych stanowią obszary oceaniczne. Tutaj wykorzystuje się pomiary z boi oceanicznych, z pomiarów ze statków, oraz z pomiarów satelitarnych.
Coraz częściej pomiary bezpośrednie uzupełniane są pomiarami satelitarnymi. Za pomocą pasywnych metod pomiarowych polegających na obserwacji promieniowania elektromagnetycznego (widzialnego, słonecznego, podczerwonego, ultrafioletowego, oraz mikrofalowego) uzyskuje się informacje na temat rozkładu temperatury na powierzchni oceanu, zmian temperatury z wysokością, oraz kierunku oraz prędkości wiatru nad powierzchnią oceanu.
Nowymi metodami pomiarów są satelitarne aktywne metody teledetekcji (radar oraz lidar).
Naziemne techniki teledetekcji dostarczają coraz więcej informacji meteorologicznych. M.in. radary meteorologiczne używane są do oceny opadu w atmosferze, metody akustyczne służą do pomiaru rozkładu temperatury oraz prędkości wiatru z wysokością, pomiary lidarowe dają informacje na temat ilości oraz wielkości cząstek zanieczyszczeń w atmosferze.
Asymilacja danych
Ważną role w analizie danych meteorologicznych odgrywa asymilacja danych. Jest to spowodowane tym, że dane meteorologiczne pochodzą z wielorakich źródeł - pomiarów satelitarnych, pomiarów bezpośrednich, radarowych, czy lidarowych robionych w różnym czasie oraz w wielorakich miejscach na kuli ziemskiej. Asymilacja danych jest bardzo złożonym procesem oraz da się ją rozdzielić na dwa procesy; (a) pierwszy etap opiera się na sprawdzeniu jakości danych - to jest etap skomplikowany, ale prosty do zrozumienia. Chodzi o wyeliminowanie oczywistych błędów pomiarowych; (b) drugim oraz ważniejszym etapem jest uzgodnienie danych oraz wykorzystanie informacji dostępnej z poprzednich godzin czy z poprzednich dni. Jest to skomplikowany proces polegający na całościowej analizie danych nader wielokrotnie z wykorzystaniem modelu prognoz numerycznych.
Numeryczne prognozy pogody
Idea numerycznej prognozy pogody (NPP) była zapoczątkowana przez angielskiego naukowca Lewisa Richardsona w 1922 roku. Obliczenia wykonywano ręcznie. Dopiero po 1945 roku gwałtowny rozwój technik komputerowych spowodował, że NPP są możliwe operacyjnie. NPP wykorzystują podstawowe zasady fizyki opisujące przepływ powietrza na obracającej się ziemi. Uwzględniane są rozmaite siły działające na cząstki powietrza takie jak grawitacja, siły wypornościowe związane z dostarczaną energią słoneczną, tarcie powietrza o ziemię, efekty przepływu nad górami, oddziaływanie z oceanem, oraz wiele innych procesów fizycznych. Wynikiem numerycznej prognozy pogody są mapy podstawowych oraz wtórnych wielkości opisujących stan atmosfery takich jak rozkład ciśnienia, prędkość wiatru, temperatura, opady, falowanie oceanu, zachmurzenie.
Prezentacje wyników prognoz pogody
Prezentacja wyników prognozy musi być przedstawiona w sposób użyteczny oraz wygodny dla użytkownika. Wyniki prognozy pogody przedstawiane są wielokrotnie w postaci graficznej.
Kierowanie lotami samolotów oraz optymalna droga statków
Samoloty lecące np. z Warszawy do Nowego Jorku nie są kierowane najkrótszą drogą, ale w sposób który omija najsilniejszy wiatr - zachodni prąd strumieniowy wiejący w górnej troposferze. Prognozy pogody wykorzystywane są przez programy optymalizujące trasy statków oraz jachtów.
Informacja publiczna
Jednym z najważniejszych celów prognozy pogody są użytkownicy publiczni. W Polsce prognoza jest wykorzystywana do ostrzeżeń powodziowych, ostrzeżeń o gwałtownych opadach z chmur burzowych, informacji o opadach śniegu. Oficjalne prognozy pogody w Polsce dostarcza Instytut Meteorologii oraz Gospodarki Wodnej. Prognozy są przekazywane w postaci słownej albo w postaci meteogramów – podstawowych informacji o stanie atmosfery dla danej lokalizacji. Potrafią być też ilustrowane w postaci map konturowych obrazujących rozkład temperatury, albo map linii prądu oraz kierunku oraz siły wiatru.
Prognozy wiązkami modeli
Z wielu powodów wyniki prognoz numerycznych za pomocą konkretnego modelu numerycznego nie są idealne: (a) dane początkowe nie są precyzyjne oraz ich liczba jest mała, zwłaszcza nad obszarami oceanicznymi; (b) opis procesów wpływających na ruch powietrza nie jest dokładny; (c) metody numeryczne dyskretyzujące równania fizyczne są przybliżone. Z tego powodu numeryczne prognozy pogody po kilkunastu godzinach obarczone są błędem. Metody wiązek polegają na wprowadzeniu zmian (zaburzeń) w asymilacji danych albo na zmianie reprezentacji procesów fizycznych. Wyniki kilkunastu prognoz na określoną godzinę potrafią się wtedy różnić. Mimo to doświadczony synoptyk ma teraz zestaw możliwych prognoz oraz może lepiej ocenić jakość numerycznej prognozy pogody.
Pogoda dla kierowców
Prognoza pogody ze szczególnym uwzględnieniem warunków do jazdy. Te specjalistyczne prognozy pogody dawane są z uwzględnieniem lokalnych warunków meteorologicznych, przejazdów przez góry, zamieci śnieżnych, oraz upałów.
Wykorzystują m.in. modele numeryczne oparte na cyklu szybkiej prognozy, tzw. RUC (ang. Rapid Update Cycle) używających mezoskalowych modeli numerycznych prognozy pogody z szybką (co godzinną) asymilacją danych, m.in stacjami powierzchniowymi.
Centra prognoz pogody dla transportu oraz kierowców maja 24-godzinną obsługę. Te specjalistyczne prognozy pogody są przykładem prognoz krótkoterminowych oraz nowcastingu (prognoza na teraz).
Prognozę dla kierowców nie zawodowych nadają lokalne stacje telewizyjne takie jak Weather Channel, CNN, czy TVN Meteo.
W Polsce Generalne Dyrekcje Dróg Krajowych oraz Autostrad utrzymują wiele stacji meteorologicznych (i kamer), tzw. drogowe stacje pomiarowe polskich miast, używanych w centrach dyspozytorskich oraz do prognozy pogody dla kierowców.
Prognozy w telewizji
Prognozę pogody powodują też stacje telewizyjne. W Polsce "Pogodę" zobaczyć da się na antenie stacji: TVP 1, TVP 2, TVP Info, Polsatu, Polsat News,Superstacji, TV Biznes, TVN, TVN24, TVN CNBC, TTV oraz w TV Trwam. Istnieje także całodobowa stacja meteorologiczna TVN Meteo. Najdłuższą prognozę długoterminową - na 16 dni - zobaczyć da się w każdą niedzielę ok. 19:40 na antenie TVN. TVN Turbo oraz TVN Meteo dodatkowo emitują Pogodę dla kierowców.
Kiedyś telewizyjne prezentacje pogody przedstawiał prezenter na tle rysowanych kredą na tablicy map meteorologicznych, później mapy te wykonywano coraz innymi technikami (np. malowano na stalowej blasze, a na której symbole meteorologiczne umieszczano za pomocą magnesów). Aktualnie najczęściej prezenter jest na tle map generowanych przez tzw. blue box (większość kanałów) albo też na tle map wyświetlanych na wielkoformatowych ekranach LCD czy plazmowych (TVN, Polsat News). Technika symboli meteorologicznych z magnesami przymocowywanych do metalowej tablicy jest aktualnie wykorzystywana w programach Dzień Dobry TVN oraz Kawa czy herbata?
Pierwszym prezenterem pogody w TVP w latach sześćdziesiątych był Czesław Nowicki, pseudonim "Wicherek", później ukazała się wraz z nim Elżbieta Sommer ("Chmurka"). Dziś do najpopularniejszych prezenterów pogody zaliczyć można: Tomasza Zubilewicza, Jarosława Kreta oraz Marka Horczyczaka.
Folklor oraz prognoza pogody
Prognozy pogody był opracowywane lokalnie przez tysiące lat na podstawie znajomości lokalnych warunków pogodowych. Przykładem przepowiedni pogodowej jest Dzień Świstaka.
Sprawdź też
Linki zewnętrzne
