Způsobí mávnutí křídel babočky nad Třebíčí bouřku v Austrálii? Předpovídání počasí se potýká s teorií chaosu

Teorie chaosu říká, že velmi složité systémy se chovají zdánlivě chaoticky a najít v nich pravidla je obtížné. Jedním z takových systémů je počasí, takže meteorologové s chaosem zápasí každý den.

Když se řekne chaos, představí si většina lidí něco neuspořádaného, možná nepořádek, třeba i chaos v hlavě. Meteorologům se ale nejspíš vybaví něco jiného – chaos deterministický, který souvisí s vlastnostmi atmosféry. A je pro ně ale i pro všechny na Zemi nesmírně důležitý. Proč?

Že se atmosféra chová chaoticky, zjistil už před šedesáti lety samotný zakladatel teorie chaosu Edward Norton Lorenz. Narazil na ni, když zkoumal konvekční proudění v kapalinách a plynech. V rámci experimentu ohříval plyn v nádobě, který pak zahřátý stoupal vzhůru, přitom se na povrchu ochlazoval a následně klesal zpět dolů po stranách, přičemž se tvořily válečky nebo takzvané konvekční buňky. Lorenz zjistil, že drobné změny v počátečních podmínkách mohou vést k velkým odchylkám ve výsledném chování.

Lorenz se pak tento jev snažil spočítat pomocí předpovědního modelu, sestávajícího z rovnic, ve kterých vystupovala teplota a rychlost proudění. K vyřešení těchto rovnic použil počítač, dnes běžnou věc, jenže tehdy šlo o náročnou záležitost a výpočetní čas byl drahý. Proto se při opakování výpočtu rozhodl ušetřit výpočetní čas a počáteční podmínky popsal pouze třemi desetinnými místy namísto předchozích šesti desetinných míst.

I když se počáteční podmínky lišily jen nepatrně, vedlo to ke zcela odlišným výsledkům a tato v podstatě náhoda vedla k odhalení zmíněného chaotického chování, kdy malé odchylky v počátečních podmínkách mohou v některých systémech vést k velkým rozdílům. A vlastnosti takovéhoto systému má právě i atmosféra.

Aby nedošlo k omylu, teorie chaosu neříká, že chování atmosféry je nepředvídatelné nebo zcela náhodné. Chaotické systémy jsou v zásadě předvídatelné, a proto se také mluví o deterministickém chaosu. Přesto jsou ale extrémně citlivé na malé změny počátečních podmínek, které mohou mít významné účinky. Edward N. Lorenz to vyjádřil slavnou metaforou: „Může mávnutí motýlích křídel v Brazílii vyvolat tornádo v Texasu?“ A tento příměr by šlo aplikovat na různé lokality ve světě.

Jak mohou motýli za to, že je jiné počasí, než vědci předpovídali

Tento takzvaný motýlí efekt posléze výrazně ovlivnil chápání složitých systémů, včetně atmosféry a předpovědi počasí. Určit počáteční stav atmosféry totiž není do všech detailů možné, protože měření nejsou dostupná pro každý bod v atmosféře, a navíc jsou sama o sobě náchylná k chybám. Kromě toho jsou rovnice v modelech popisujících vývoj počasí v jistém smyslu rovněž pouze přibližné. To všechno vede ke snížení úspěšnosti předpovědi počasí s tím, jak roste časová vzdálenost předpovědi. Zjednodušeně řečeno: tyto drobné změny na počátku se projevují tak, že se dlouhodoběji počasí špatně předpovídá.

Deterministický chaos se projevuje významněji hlavně při hraničních situacích, kdy se daná oblast nachází na pomezí dvou odlišných vzduchových hmot a mezi nimi leží často výrazné teplotní, respektive frontální rozhraní. Modelové výpočty pak můžou výrazně kolísat, přičemž je obtížné určit, na jaké straně rozhraní se dané území nakonec ocitne. Což s sebou nese i výrazné rozdíly v možné podobě počasí a teplot, někdy i dvacetistupňových.

K takové situaci došlo i začátkem minulého měsíce. Pro neděli 8. října modely původně počítaly s teplým počasím s maximy kolem 23 stupňů Celsia. Jenže nakonec k nám pronikl chladný vzduch a teploty byly výrazně nižší. Ještě ve středu, tedy pouhých pět dnů předem, nebylo zřejmé, jak to nakonec dopadne.

Meteorolog versus chaos

Aby se meteorologové s chaosem alespoň částečně vypořádali, provádějí se takzvané ansámblové výpočty. To znamená, že model počasí je počítán několikrát s mírně odlišnými počátečními podmínkami. Na jedné straně to slouží k posouzení spolehlivosti prognózy a na straně druhé k umožnění vyjádření pravděpodobnosti daného vývoje. Například Evropské centrum pro střednědobou předpověď (ECMWF) počítá sto takových mírně odlišných modelových běhů.

Výsledkem jsou pravděpodobnostní předpovědi, které v sobě zahrnují nejistotu prognóz za dané situace. Tyto předpovědi pozvolna pronikají i mezi širokou veřejnost (zejména pravděpodobnost srážek), nicméně její správné pochopení nemusí být bez doplňujících informací úplně jednoduché. Například údaj o pravděpodobnosti srážek 60 procent se může vztahovat k rozsahu území, kde se srážky vyskytnou, ale také k času, kdy se vyskytnou.

Většina lidí chce logicky znát odpověď na otázku, jestli například druhý den bude v daném místě pršet a ne pravděpodobnost, s jakou se déšť vyskytne. Druhá varianta je ale z meteorologického pohledu korektnější a lze očekávat, že se tyto předpovědi budou pozvolna dál rozšiřovat. Navíc pravděpodobnost daného jevu může napomoci v rozhodování při přijímání příslušných opatření k eliminaci škod a negativních dopadů, a to zejména během potenciálně nebezpečného počasí, jako je třeba výskyt krup nebo přívalových srážek.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Tajemství opeřencova kalendáře: Tažní ptáci si umí „resetovat letový řád“

Ptáci dokáží svou migraci na tisícovky kilometrů vynikajícím způsobem načasovat. A když neočekávané okolnosti naruší nebo rozbijí jejich plány, jsou schopní všechno bez větších problémů dohnat. Problémem ale může být klimatická změna, upozorňují v nové studii vědci.
před 19 mminutami

Silné krvácení či bolesti v podbřišku. Jaké účinky má slzný plyn na ženské zdraví?

Vyvolání děložních bolestí, záchvaty endometriózy, výrazné krevní ztráty, narušení menstruačního cyklu… Na sociálních sítích tisíce lidí popisují potíže s reprodukčním zdravím, které přičítají masivnímu používání slzného plynu ze strany bezpečnostních složek během nedávných protestních akcí ve Francii a Belgii. Někdy již několik hodin po kontaktu s látkou hlásí ženy silné křeče, abnormální krvácení, předčasný nástup menstruace nebo naopak její úplné vynechání. Ve Francii nyní kolektiv „Lacrymo de sang“, který sdružuje zdravotníky, aktivisty a osoby se vzděláním v oblasti reprodukčního zdraví, provádí šetření s cílem shromáždit svědectví o účincích slzného plynu na menstruační cyklus. Cílem je shromáždit empirická data a následně zvýšit povědomí o menstruačním zdraví. Dosud formulář vyplnilo více než devět tisíc zájemců.
před 13 hhodinami

Brambor bude v tuzemsku letos o pětinu méně než loni, roli hraje i změna klimatu

Brambory tvoří jeden ze základů českého jídelníčku. Letos ale byla z více důvodů jejich sklizeň velmi nízká, což nejspíš povede ke zvýšení jejich ceny.
před 15 hhodinami

Černobylští psi mají geny adaptované na „konec světa“, popsala studie

Přestože krajina u černobylské jaderné elektrárny může působit jako po apokalypse, dokázaly ji osídlit psí smečky. Vědci teď popsali, jak to zvířata zvládla a jak se to projevuje v jejich genech.
před 17 hhodinami

Ropná skvrna uzavřela pláže a ohrožuje vodní zdroje v Emirátech

Ropa unikající z poškozeného tankeru v Hormuzském průlivu dosáhla pobřeží Spojených arabských emirátů (SAE). Pláže jsou do odvolání uzavřené v Šardžá, oblíbeném letovisku Rás al-Chajma i v emirátu Umm al-Kuvajn, informoval web Time Out Dubai. V zemi se od začátku října šířily zprávy o silném benzinovém zápachu linoucím se z moře, a to i v severních čtvrtích Dubaje. Únik ropy vyvolal obavy o životní prostředí.
včeraAktualizovánopřed 18 hhodinami

Metan uniká ze sibiřského permafrostu stále rychleji, varují čínští akademici

Na Sibiři se uvolňuje velké množství metanu. Pokud se bude svět dále oteplovat, bude přibývat v atmosféře i tohoto plynu. Do roku 2050 by mohl zvrátit asi pětinu snah lidstva o omezení jeho emisí.
28. 10. 2026‌‌

Reportéři ČT zkoušeli, co všechno zaznamenávají auta s čínskými technologiemi

Auta s čínskými technologiemi – i některá evropská či americká – jsou schopná natáčet a odesílat všechno, co se děje kolem i uvnitř, přímo čínským úřadům. Takové varování vydal už loni Národní úřad pro kybernetickou bezpečnost (NÚKIB). Někteří politici to bagatelizují a zákonné úpravy, které by bezpečnost posílily, stále chybí. Reportéři ČT se rozhodli vyzkoušet, co všechno auta vybavená těmito technologiemi zaznamenávají. Marek Martinovský a Jana Neumannová postavili jedno takové auto postupně před ministerstvo obrany, Úřad vlády i tajnou službu.
27. 10. 2026‌‌

Češi v Egyptě znovuobjevili velkolepé hrobky

Čeští archeologové pod vedením Miroslava Bárty z Českého egyptologického ústavu znovuobjevili zapomenuté hrobky starověkých úředníků Sabua a Ptahšepsese, kteří byli spjati s kultem boha Ptaha v Memfidě. Prozkoumali a zdokumentovali i dosud zcela neznámé části těchto staveb a jako první v moderní době objevili také pohřební komory ukryté hluboko pod zemí, oznámilo egyptské ministerstvo cestovního ruchu a památek.
27. 10. 2026‌‌

Evropský pohled

ČT24 každý den vybírá z obsahu publikovaného evropskými veřejnými médii, členy Eurovize.