Předpovídání počasí je nesmírně složité, všechny modely, které to dělají, jsou vždy extrémně zjednodušené. Podobně těžké je popsat i to, jaké je aktuální počasí – a rozhodně k tomu nestačí vyhlédnout z okna. Meteorolog Michal Žák vysvětluje, jak v tom pomáhá takzvaný nowcasting a proč je důležitý.
Nikoho příliš nepřekvapí, že předpověď počasí není vždy stoprocentně přesná. Důvodů je několik. Tím základním je fyzikální podstata počasí jako takového. Kdybychom chtěli počasí modelovat přesně, ani ten největší superpočítač světa by nedokázal popsat přesný model chování atmosféry na celé planetě.
S trochou nadsázky lze říci, že jediná teoretická možnost, jak dokonale modelovat počasí celé planety, by bylo postavit kvantový počítač právě velikosti a stejných parametrů, jako je naše planeta – a ani to nemusí vždy vést ke kýženým výsledkům.
Klasická předpověď počasí na několik dní až týden dopředu, kterou znají diváci ČT24 z relací o počasí, je vytvářena „zjednodušenými“ matematickými modely chování atmosféry.
Nenechme se ale zmást tím, že jde o zjednodušení. I tak se pro výpočty takových numerických modelů používají ty nejvýkonnější superpočítače světa. Například v Evropě se o takové výpočty stará Evropské centrum pro střednědobé předpovědi počasí ECMWF (jedním ze spolupracujících států je i Česká republika), které má přístup právě k těm největším výpočetním systémům.
I kdybychom ale dokázali chování atmosféry modelovat přesně, stále to nestačí pro dokonalou předpověď. K tomu bychom totiž potřebovali také dokonalý popis počátečního stavu. Jakákoli miniaturní odchylka by mohla být zásadní a způsobit i dramatické rozdíly ve vývoji počasí do budoucna. Jenže ve skutečnosti nedokážeme ani počáteční podmínky určit dokonale. Důvod je jednoduchý – i za předpokladu zjednodušeného modelu atmosféry pracujícím s rozlišením 1krát1 kilometr bychom potřebovali být schopni pro každý takový kilometr čtvereční, do výšky zhruba 15 kilometrů, měřit všechny veličiny, které nám definují právě počáteční podmínky pro daný model počasí – teplotu, vlhkost, tlak, směr, rychlost proudění a případně další parametry.
To je ale prakticky nemožné: například vypouštět na území Česka zhruba 79 tisíc meteorologických balónů každých několik minut by nejspíš nikdo nezaplatil. Proto si musíme, podobně jako při modelování, problém sběru veličin o počasí zjednodušit.
Tisíce vstupů pro obrázek počasí
Pro sledování počasí se používají ty nejmodernější senzory, které jsou technologicky k dispozici. Laicky řečeno, z různých oběžných drah se shora dívají desítky meteorologických satelitů, ze Země atmosféru sledují meteorologické radary, laserové systémy, průřezy atmosférou pro více veličin měří meteorologické balóny (v Česku třikrát denně na pražské Libuši a dvakrát z Prostějova), na pozemní měření máme klasické meteorologické stanice, a v neposlední řadě lze využít i pozorování amatérských meteorologů nebo sběru dat z mobilů.
Všechna tato pozorování pak vstupují do modelů popisujících vývoj atmosféry běžících na zmíněných superpočítačích. Modely jsou pak v řádu několika (3 až 6) hodin přepočítány a poté se jich můžeme ptát na odhad vývoje atmosféry, tj. na předpověď počasí.
Můžeme se jich ptát ale i zdánlivě nesmyslnou otázkou: „Jaké počasí je teď?“ Přesnou odpověď na tuto otázku pro celou naši planetu totiž nikdo nemá. Není totiž možné změřit přesný a aktuální stav atmosféry, a tudíž není v úplnosti možné říct, jaké je kde počasí. Co ale můžeme, je úplný stav atmosféry (a tudíž počasí) odhadnout. Takovým odhadům aktuálního stavu počasí se v meteorologii říká nowcasting, případně nowcast.
- V češtině nemáme pro tento termín zaužívané slovo. V angličtině vychází nowcasting ze slov forecasting (předpovídání), -cast (odhad) a now (nyní), tj. nowcasting lze volně přeložit jako „odhad nynějška“.
Běžně se do nowcastingu zahrnuje nejen aktuální stav, ale i vývoj v několika následujících hodinách (tzv. velmi krátkodobá předpověď). Existuje chytrý trik, jak nowcasting zjistit za pomoci numerických modelů. Nebudeme se ptát na předpověď, např. jaké bude počasí zítra nebo jaké bude počasí za tři dny, ale zeptáme se na předpověď, jaké bude počasí teď!
Aby bylo jasné, proč je nutné předpovídat něco, co se děje teď, je třeba si uvědomit, že počítač, který numerický model atmosféry počítá, potřebuje na výpočet čas (zhruba zmiňovaných 3 až 6 hodin).
Představme si, že v 6:00 se nahrají do superpočítače aktuální pozorování z dostupných meteorologických instrumentů (satelity, radary, apod.) a spustí se výpočet modelu. Model vypočte předpovědi budoucích stavů atmosféry pro 10:00, 11:00, 12:00, atd. až třeba na 10 dní dopředu. Výpočet modelu trvá 4 hodiny a 47 minut, tj. skončí v 10:47. V 11:00 chceme zjistit, jaké je aktuální počasí. Podíváme se do výstupu z modelu pro 11:00. Z pohledu modelu, který se spočítal z pozorování v 6:00, jde o předpověď za 5 h, z našeho pohledu jde však o aktuální stav v 11:00.
Když nestačí podívat se z okna
Proč bychom to ale všechno dělali? Aktuální počasí přece známe, stačí se podívat z okna, že? Ano i ne. Je tomu tak, pokud si potřebujeme skočit do obchodu pro malý nákup a nechceme u toho zmoknout. Co když se ale pohybujeme zhruba 800 km/h ve výšce 10 kilometrů nad zemí v oblaku, ve kterém není vidět ani na metr? Běžná situace, kterou zažijeme na palubě linkového letadla.
Aby takové situace mohly být bezpečné, potřebujeme přesnou informaci, o tom, kde jde ještě o bezpečný oblak, např. nimbostratus (dešťový oblak) a kde už jde bouřkový mrak (kumulonimbus) s nebezpečným prouděním. Velká letadla mají výhodu, že si mohou palubní meteorologický radar vozit s sebou. Menší letadla tu možnost mít nemusejí, ale můžou využít navigačních aplikací, které integrují data o počasí od moderních dodavatelů nowcastingu.
Klasický nowcasting vycházející z modelů má ale příliš dlouhou prodlevu mezi pozorovanými daty a aktuálním stavem počasí, což negativně ovlivňuje jeho přesnost. Proto moderní metody vycházejí primárně z pozorování atmosféry a numerické předpovědi používat jako pomocnou informaci.
Tímto způsobem je možné prodlevu mezi pozorováním a dotazem na počasí zkrátit z řádu několika hodin na několik minut. Tím dokážou dosáhnout vyšší přesnosti informací o aktuálním stavu počasí a jeho krátkodobém vývoji. To v důsledku vede např. ke zvyšování bezpečnosti a efektivity v dopravě, ve využití obnovitelných zdrojů energie, v zemědělství, vodohospodářství, šetření finančních prostředků v pojišťovnictví a v neposlední řadě při komfortnějším prožití sportů a volnočasových aktivit i na místech, kam z okna nedohlédneme.
Ukázka nowcastingu pravděpodobnosti srážek (modrá) a konvektivních srážek (zelená až fialová) pro oblast střední Evropy pro 4.3.2010 13:15 SEČ a následujících 5 hodin. Stav atmosféry a následná krátkodobá předpověď vychází z pozorování družice METEOSAT pouze 3 minuty starého. Klasická předpověď numerického modelu vychází pro stejný časový interval z pozorování zhruba 6 hodin starého (modely amerického NOAA GFS a evropské ECMWF):
Ukázka nowcastingu výšky základny nejnižších pozorovaných oblaků nad zemí pro oblast střední Evropy pro 4.3.2010 13:15 SEČ a následujících 5 hodin. Stav atmosféry a následná krátkodobá předpověď vychází z pozemního pozorování leteckých meteorologických stanic 15 minut starého. Klasická předpověď numerického modelu vychází pro stejný časový interval z pozorování zhruba 6 hodin starého (modely amerického NOAA GFS a evropské ECMWF):
