Limity numerické předpovědi počasí

U nás jsou časté stížnosti na to, že předpověď počasí nevychází. Dočíst se můžeme o tom, že meteorologové dělají svou práci špatně. Nebo dokonce, že snad nedělají nic a že bez nich by to bylo lepší. Že si lidé sami předpoví počasí lépe. V tomto textu reagujeme na četné komentáře pod naším sdíleným článkem s předpovědí sněhu na letošní Vánoce. Pod ním se na naší stránce sociální sítě Facebook snesla totiž dosti četná kritika právě předpovědí počasí u nás a profese meteorologů. Zde se budeme snažit objasnit současnou problematiku tvorby předpovědí počasí. Ukázat limity numerické předpovědi počasí a hlavně úkol meteorologů při přípravě předpovědi. Nutno podrobněji specifikovat význam slova předpověď či konkrétně předpověď počasí. A zopakovat také již i mnohokrát řečené.

Předpověď počasí není konstatováním jistého vývoje

Předpověď počasí je předpoklad, odhad či chcete-li očekávání budoucího chování něčeho, co se v čase a prostoru mění. Něčeho, co není nikdy přesně dané. Nemůže tedy jít o konstatování jednoho možného vývoje něčeho. Pokud by tomu tak bylo, neexistovala by ta složitá cesta předcházející výsledné předpovědi počasí. Složitost této cesty a důležitost role meteorologa v ní nejsou mnohým patrně známy. Příklad konstatování jasného opakujícího se chodu, který lze přesně stanovit, třeba fáze Měsíce. Nebo také východ a západ Měsíce či Slunce. Tam jsou stanoveny hodnoty a fáze, které se přesně opakují během roku. Jsou tedy dány pro určitý čas a případně pro konkrétní místo. Pokud by tomu tak bylo i u počasí, mohla by být univerzální předpověď v podobě fakticky konstatování jistého vývoje. Bez rizika změny.

Počasí není pravidelně se opakující jev, proto existuje jeho předpověď

Stejně jako víme, že Slunce například zítra vyjde v Praze v 7:45 a zapadne v 16:10 hodin místního času. Nebo že nastane fáze měsíce úplněk dne 1.1. ve 2:30 hodin místního času. Kdybychom mohli konstatovat, že zítra nás v daném místě v době od 6 do 22 hodin místního času čeká oblačno až zataženo, teplota vzduchu od 2 do 11°C a podobně. A kdyby to platilo pro konkrétní datum a čas vždy. Tedy bez rizika změny, neexistovala by předpověď počasí. Tak tomu ale není. Atmosféra a atmosférické procesy či jevy se mění neustále a velmi rychle. Místo od místa, proto i předpověď doznává změn. Zní k určitému termínu a ihned po tomto termínu již není aktuální. Změny jsou nejprve nepatrné, s přibývajícím časem narůstají.

A je nyní na metodě analýzy atmosféry a stanovení (výpočtu) jejího budoucího vývoje, jak dokáže rychle změny podchytit. Jak detailně dokáže reagovat také na místní podmínky, které se ke globálnímu vývoji počasí přidávají. Situaci tak bezesporu komplikují. Jinými slovy kde jsou limity numerické předpovědi počasí současné doby?

Předpověď numerická a lidová

Jak se předpovídalo počasí dříve? Dokázal někdo říci s takovou úspěšností jako dnes, že za 5 dní bude takové a takové počasí? Tedy v dobách, kdy se počasí předpovídalo podle lidové meteorologie, tedy pranostik a chování přírody či počasí v dané oblasti. Taková předpověď je možná jen na nejbližší hodiny či maximálně den, další vývoj počasí stanovit takto nedokážeme. A spolehnout se na ní rozhodně nemůžeme.

V dávných dobách minulých se s ní museli spokojit. Ale dnes máme nové možnosti, naplno jich využíváme a máme mnohem více informací o budoucím vývoji počasí. Protože dokážeme rychleji podchytit změny atmosféry a klimatického systému jako velkého neustále se měnícího celku s vlivem místních podmínek. Ale podchytit úplně všechny změny a zjistit stav atmosféry ve všech místech a modelovat jeho další vývoj nelze a patrně nikdy nepůjde. Zde narážíme na současné limity numerické předpovědi počasí, která je dnes upřednostňována. Podle které se sestavují za pomoci meteorologů prognostiků předpovědi počasí.

Podle lidové předpovědi má hodně pršet, numerická hovoří ovšem jinak

Veškeré znaky podle lidových mouder napovídají změnu počasí k horšímu, bude asi hodně pršet. I aktuální vývoj počasí tomu napovídá, tlak silně klesá. Podle toho se chová příroda jako celek. Ano, je to pravděpodobné, ale zejména ve vztahu ke konkrétnímu místu značně nejisté. Určitě někde pršet bude, i když ani tím si jisti být nemůžeme. Numerická předpověď dokáže ovšem přesněji spočítat, kde skutečně bude pršet. Z území jako celku (například území ČR) totiž nemusí i přes významný pokles tlaku vzduchu a různé signály příchodu deště a obecně zhoršení počasí pršet téměř nikde. Z pohledu místa od místa to často nedokáže dobře spočítat samozřejmě ani numerická předpověď. Ale posun oproti původním metodám předpovědi tam vidíme a výrazný.

Úspěšnost předpovědi počasí v nové době nepochybně roste a to významně. To lze říci i z pohledu samotné novodobé (tedy pouze numerické) předpovědi počasí. Na počátku numerického modelování atmosféry byly možnost značně omezené a předpovědi méně přesné. Byť se jednalo oproti dřívějším metodám o velký posun dopředu. Dnes tlačíme pomyslnou příčku či zdviháme laťku pomalu stále výše. Můžeme ji dotlačit hodně vysoko a tedy blízko pomyslným 100% úspěšnosti předpovědí. Ale vysoko bude jen co se týče některých prognóz. Neboť odhadnout vývoj atmosféry zcela přesně a na delší dobu nebude patrně možné nikdy.

Proč máme limity numerické předpovědi počasí?

Jak bylo řečeno již v jiných článcích, zejména v článku Dnešní numerická předpověď je přesnější, ale ne stoprocentní. K sestavení prognózy je třeba znát stav atmosféry (popsat počasí) neustále na co nejvíce místech. Data nasbírat, vyhodnotit a vyložit do numerických modelů. Numerický model předpovědi počasí je model počítaný na výpočetní technice o vysokém výkonu (superpočítač). O této tématice více v článku Numerické modely, cíl a úspěšnost jejich práce. Protože je potřeba provést s extrémním množstvím dat extrémně mnoho matematických operací a do třetice za extrémně krátký čas. Ten čas se zdá být možná stále dlouhý. Ale bez výkonné výpočetní techniky by byl tak dlouhý, že by nemělo cenu výpočet předpovědi již vůbec brát v potaz a prezentovat. Byl by velmi starý a atmosféra by se chovala už zcela jinak.

Na další úskalí narážíme při určitých situacích a u konkrétních jevů. Obecně jsou náročné na předpověď extrémní povětrnostní jevy, rychle se měnící počasí a cyklonální počasí. Dále mlhy či nízká oblačnost, jejich chování v místě i čase a totiž platí o konvekci, tedy o bouřkách (resp. přeháňkách). Více též v článku Bouřky nebude možné přesně předpovědět asi nikdy, proč?

Dnešní role meteorologa u předpovědi počasí

Je stále důležitá, neboť začíná u samotné pozorovací a měřící činnosti. Bez precizního, nepřetržitého a komplexního měření a pozorování počasí s vyhodnocováním údajů b předpověď počasí nevznikla. S tím souvisí pečlivá správa měřících stanovišť a prostředků různého druhu v různých oblastech. Včetně oblastí s drsnými povětrnostními podmínkami. Poté hraje důležitou roli vedle pozorovatelů i meteorolog prognostik. Ten sestavuje výslednou předpověď a numerické modely používá jako základní zdroje meteorologických informací. Sestavuje mapy synoptických útvarů, průběhu počasí. Sestavuje předpověď na základě zkušeností a znalostí, včetně znalostí určité lokality (většího či menšího území).

Neúspěšná předpověď není chybou

Předpověď počasí má stanovenou určitou úspěšnost. Pokud vyjde v určitém ohledu předpověď jako neúspěšná, nemůžeme to považovat za chybu či za selhání. Opět se dostáváme na začátek článku, jde o předpověď. Tedy o odhad, o možné varianty vývoje. V dlouhodobém horizontu dokonce pouze o pravděpodobný vývoj a chování počasí vůči aktuálním standardům referenčního období (dlouhodobý průměr). Stanovená úspěšnost jako průměrná úspěšnost je limitování předpovědi. Od předpovědi počasí na nejbližší dobu, zpravidla dalšího dne až dvou dnů, jsou kladeny nejvyšší nároky. A vždy také byly, jen se tyto nárok zvyšují. A zvyšuje se tedy její úspěšnost. Tato předpověď má ale také limity, jsou nevýznamné, ale jsou tu. Málokdy se stane, že se počasí podle této předpovědi nechová. Pod tím si nepředstavujte, že průběh počasí je 100% shodný s jeho předpovídaným průběhem.

Máme zde několikrát zmíněné limity a ty se uplatňují u každé předpovědi. Přesto ji hodnotíme jako úspěšnou, neboť splní očekávání po odečtení nepřesností, se kterými se počítá. To jsou limity, které se projeví a očekávají se. Při určitých situacích se stane, že předpověď počasí na tuto dobu skutečně spíše nevyjde. Potom ji můžeme hodnotit jako neúspěšnou. V případech velmi krátkodobého a krátkodobého horizontu se tak stává výjimečně. Limity předpovědi vzrůstají, resp. jejich vliv vzrůstá a tyto nabývají větších hodnot s delším časovým horizontem předpovědi. Největší limity máme u dlouhodobých prognóz. Proto na delší horizont než je období 7-10 dnů dopředu se zpravidla nesestavuje podrobnější předpověď znějící na každý den.

Příklad nejistoty předpovědi

I když se často mění i prognóza na méně než týden dopředu a to v závislosti na konkrétní situace, o prognóze nad týden to platí obzvláště. Nechť je příkladem současná situace, kdy není zcela jasné jaké proudění převládne. O víkendu 30. a 31. ledna mělo převládnout silné západní proudění, které se mělo projevit vlhkým počasím a také teplým. Vlhké počasí vyšlo, ale teplotní rozhraní má jinou polohu. A oteplení se týká pouze části našeho území. Během víkendu se vrátí zimní počasí.

Obr. 1 Předpověď maxima teploty podle modelu GFS na 7.2.2021 z 29.1.2021 00 UTC, zdroj: wetterzentrale.de

Obr. 2 Předpověď maxima teploty podle modelu GFS na 7.2.2021 z 29.1.2021 12 UTC, zdroj: wetterzentrale.de

Podobné je to zatím i v případě víkendu následujícího. Během týdne modely slibují opětovně návrat západního proudění a oteplení včetně hor. Na víkend je ale situace ale nejistá. Jeden výstup globálního modelu GFS ukazuje pokračování teplého proudění (obr. 1), další již vpád studeného vzduchu (obr. 2)

Úspěšnost předpovědi počasí v ČR

Předpověď počasí v ČR je velmi úspěšná. I když se možná mnozí po přečtení tohoto tvrzení smějete, je tomu tak. Nejprve si musíme uvědomit možnosti dnešní předpovědi a existenci jejich limitů. Hodnotí se průměr, neboť stejně jako počasí, i úspěšnost jeho odhadu se v čase značně mění. Existují období odhadnutelná velmi dobře, střídají se s obdobími odhadnutelnými velmi obtížně a mezi nimi se nacházejí období odhadnutelná spíše průměrně. Jinými slovy ne nejlépe, ale ani nejhůře oproti jiným obdobím s převahou dané povětrnostní situace. Rozlišovat lze předpověď na druhý den a na další dny, v ČR se hodnotí předpovědi do 6. dne od sestavení předpovědi.

Měsíční chod úspěšnosti

Úspěšnost předpovědi počasí hodnotí ČHMÚ, který ukazuje s postupnou aktualizací vývoj úspěšnosti předpovědi v čase. Podle posledních dat za téměř celý uplynulý rok 2020 máme následující zjištění. Úspěšnosti předpovědi na následující den se v ČR pohybuje stabilně zhruba od 95 do 98%, což jsou skvělé výsledky. Tato úspěšnost má roční i měsíční trend, který je prezentován právě na webu ČHMÚ. Ještě doplňme, že úspěšnost s dalšími dny klesá až na cca 82-93% pro 6. den od sestavení předpovědi. Nejvyšší úspěšnosti dosahuje předpověď během podzimu a v zimě. Naopak nejnižší na počátku jara a uprostřed léta. Vysvětlení je prosté. V zimním období převažují situace, které lze relativně dobře předpovědět. Přes ČR přechází atmosférické fronty, jejichž postup modely dokáží vypočítat celkem přesně. Úspěšnost prognóz zhoršují význačné situace v podobě přechodu významných cyklon.

Obr. 3 Vývoj měsíční úspěšnosti předpovědi počasí v ČR za poslední měsíce, zdroj: chmi.cz

V průběhu jara se vyskytuje významná proměnlivost počasí, ta bude důvodem krátkého zhoršení úspěšnosti předpovědí. Současně se přidávají častější konvekční lokální srážky. V letním období konvekční a často bouřkové srážky přímo převládají. V tom spatřujeme důvod úspěšnosti předpovědi, neboť numerické modely nedokáží přesně lokální bouřkovou činnost předpovědět.

Roční chod úspěšnosti

Obr. 4 Vývoj roční předpovědi počasí v ČR od roku 1973, zdroj: chmi.cz

V předchozím textu prezentujeme úspěšnost předpovědi počasí v ČR za poslední měsíce. Ta ukazuje aktuální úspěšnost. Více o tom, jak se v posledních desetiletích změnila úspěšnost předpovědí u nás vypovídá roční chod úspěšnosti. Na obrázku 4 je chod úspěšnosti předpovědí počasí na druhý až 6. den dopředu za posledních několik let. A to s tím, že za celé období jsou k dispozici úspěšnosti předpovědi první tři dny dopředu. V průměru vidíme, že v roce 1973 začínala úspěšnost předpovědi na 1. den někde na 84% a předpověď na 3. den na 74%. Dnes je úspěšnost v prvním případě někde na 97% a ve druhém případě na 92%.

Závěr

Snahy o zlepšování předpovědi počasí po celém Světě pokračují, i nadále s tím lze počítat. Nutno v souladu s hrůznými vyhlídkami změn počasí vlivem oteplování planety předpovědi zpřesňovat. A s vývojem výpočetní techniky i stavu poznání zemské atmosféry a klimatu daných oblastí se to bude dařit. Je ale zřejmé, že zlepšovat předpovědi počasí nad současnou úroveň velmi vyspělých předpovědí bude již těžké a nepůjde to tak rychle. I v minulých letech u nás se předpovědi zlepšovaly v minulosti zahušťováním bodové sítě numerického modelu Aladin.

Spočítat počasí přesněji na více dní dopředu se bude dařit hůře a to vždy. Spíše lze čekat tedy, že dojde ke zlepšení prognóz na první tři dny dopředu. Na nějaký 6. či 7. den dopředu to bude určitě obtížnější. A snažit se předpovídat v budoucnu počasí na týdny dopředu nějak podrobněji, co bývá těžko možné. Ale ne zcela nemožné. Záleží ale na tom, jak rychle půjde dopředu výpočetní technika v tomto směru.