Základní informace o tématice numerické modely. V různých sdělovacích prostředcích i mezi lidmi se hovoří o předpovědních modelech či jinými slovy o numerických modelech pro předpověď počasí. Data z nich využívají dnes různé stránky na internetu, všechny meteorologické organizace a v posledních letech i mobilní aplikace, které vám zobrazí předpověď počasí a související informace klidně i v lese nebo u vody.
Jak numerický model pracuje? S čím pracuje? Jaké modely existují? Kdo daný model provozuje? Co konkrétní model předpovídá? Odpovědi na tyto a další otázky, které vás mohou jako uživatele dat získaných z numerických modelů zajímat, obsahuje tato stránka.
Anglické názvy: Numerical model (numerický model), numerical weather forecast (numerická předpověď počasí), meteorological data (meteorologická data), model output (modelový výstup), global model (globální model), regional model (regionální model).
Prezentace k tématu: METEOROLOGIE 22
Na této stránce najdete následující informace:
- Definice numerického modelu
- Princip fungování numerického modelu (od sběru dat po výslednou předpověď)
- Základní druhy numerických modelů
- Stručný popis vybraných numerických modelů
Co je to numerických model?
Pod pojmem model v meteorologii a klimatologii si představme výkonnou výpočetní techniky. Není to tedy nic jiného než počítač, který je provozován a spravován vždy nějakou meteorologickou organizací či institucí. Je neustále zdokonalován, tedy vyvíjen. Nástup výpočetní techniky umožnil tedy úplně jiný rozměr prognóz a nástup internetu proces prognóz urychlil a tím zpřesnil. Proč? To vyplývá z dalšího textu na stránce.
Jak funguje numerický model, aneb cesta od sběru dat k produkci výsledné prognózy
Numerický model částečně supluje práci meteorologa, ale nikdy ji nemůže zcela nahradit. Numerický model spočítá mnoho milionů dat za extrémně krátkou dobu, na což lidský mozek v žádném případě nestačí. Ale zajisté i modely dělají chyby a ty může podchytit a opravit právě zkušený a bystrý meteorolog prognostik. S modelem přicházejí vždy i chybné výsledky a meteorolog před výslednou prognózou uváží, zda jsou dané výsledky možné, zda jsou reálné a rozhodne, ke kterému modelu nebo ke kterým modelů se spíše přikloní a tak výslednou předpověď zpracuje. Nutno tedy konstatovat, že holé výsledky z předpovědních modelů s sebou přinášejí jisté chyby a to i specifické chyby při určitých meteorologických situacích (např. předpověď mlh nebo lokálních bouřek).
Sběr meteorologických dat
Do numerického modelu vstupují naměřená data na různých stanovištích po celém Světě (tzv. výchozí podmínky modelu). Pro kvalitní předpověď nutno třeba sledovat počasí na mnoha místech neustále a pokrýt tak nejen veškerý čas během dne, ale také pokrýt co nejvíce dané území. Meteorologická data jsou měřena či některá pozorována na pozemních stanicích různých druhů (observatoře, letištní stanice, dobrovolné stanice aj.), na mořích a oceánech, ale i ve vyšších hladinách atmosféry pomocí radiosond. Tato data jsou zasílána do meteorologických center, kde jsou tříděna a vyhodnocována. Sběr dat je tedy jedním z nejdůležitějších a dosti náročných úkolů meteorologů a klimatologů. Jde o základní podklad pro následné předpovědi počasí. Numerické modely vycházejí z těchto podmínek za určitý čas (např. za uplynulý týden) a tato data následně vyhodnocují.
Zpracování dat a výpočet předpovědi
Data slouží v centrech jako vstup do numerických modelů, které následně vypočítají předpověď počasí na základě mnoha složitých matematických operacích (miliony matematických vzorců) týkajících se zejména dynamiky a termodynamiky atmosféry, fyziky oblaků a srážek a obdobných atmosférických disciplín. Data jsou zasílána na dálku s využitím internetu, který významně zrychluje jejich sběr i zpracování a též výpočet a dodání výsledků, včetně různých podob těchto výstupů. Tyto výsledky, které numerické modely podávají se nazývají výstupy.
Modely pracují v určitých časech (uváděno vždy v čase světovém UTC) a to v časech 00, 06, 12 a 18 UTC, některé z nich počítají předpověď jen ve dvou těchto termínech (v 00 a 12 UTC). Model je spuštěn tedy například v 00 UTC a výpočet předpovědi počasí na danou dobu dopředu trvá zhruba 5-6 hodin, tedy do dalšího spuštění modelu. V tuto dobu jsou výsledky, tedy samotná předpověď počasí či spíše předpovědní data, k dispozici. Zdá se to možná dlouho, ale pokud by veškeré operace měl počítat méně výkonný počítač, tak by předpověď již nemělo smysl počítat.
To protože by už dávno počasí v daném čase na který by zněla probíhalo. A nemluvě o tom, kdyby tyto operace měl čistě teoreticky počítat sám meteorolog, tedy člověk. Každý model se ovšem potýká s chybami při určitých situacích pro určitá místa a s tím je nutné vždy počítat. Nikdy nebudou numerické modely 100% přesné, byť je snaha vyvíjet neustále úspěšnější, tedy přesnější, modely. Numerických model pracuje v bodech, které nazýváme jako gridové body. čím hustší síť bodů má model definovaných na daném území, tím je přesnější. Hovoříme zde o rozlišení modelu.
Modelové výstupy a výsledná předpověď
Numerické modely podávají základní dva druhy výstupů. Tyto zpracovávají grafické programy daných modelů a prezentují v podobě map nebo grafů. Hovoříme tedy o předpovědních mapách různých meteorologických prvků pro určité území (stát či širší územní celek) nebo o meteogramech, tedy o grafech s předpovědí základních prvků pro konkrétní místo (např. město, obec).
Data z výstupů numerických modelů jsou přebírána různými organizacemi a dnes jsou hojně prezentována v podobě map a grafů s vlastní grafickou úpravou na mnohých stránkách. Meteorolog má k dispozici bohatý panel s několika druhy modelových výstupů a podle nich sestavuje prognózu s tím, že přihlíží dle svých znalostí a zkušeností z oboru či případně praktických zkušeností ohledně počasí a klimatu dané oblasti, v níž působí či pro níž předpověď sestavuje, k různým faktorům a opravuje tak případné nedostatky či chyby numerických modelů. Meteorolog vybere pro danou situaci modely, ke kterým přihlédne při sestavování prognózy. Pokud se modely značně neshodují, sestaví předpověď v podobě tzv. kompromisu.
Příklad předpovědi srážek
Model A předpokládá srážkovou činnost pro danou oblast s úhrny 5-20mm za den, v jižní části až 40mm za den. B předpokládá srážkovou činnost s úhrny 3-10mm, v jižní části 30mm. C předpokládá srážkovou činnost s úhrny 3-15mm, v jižní a jihozápadní části až 40mm. D předpokládá srážkovou činnost s úhrny 1-10mm, v jižní a jihozápadní části až 25mm. E předpokládá srážkovou činnost s úhrny 10-50mm, místy, zejména na jihu až 80mm. V takovém případě meteorolog vybere převažující modely se shodou. Určitě vyloučí dle situace a znalostí model E, který je navíc například známý tím, že srážky nadhodnocuje. Model D naopak srážky trochu podceňuje, což je o něm například také docela známo. Přihlédne tedy k ostatním a srážky uvede například v takovéto podobě: “Srážkové úhrny 3 až 20mm, místy, zejména na jihu a jihozápadě až 40mm.
Modely se občas neshodují
K situacím, že se modely značně neshodují občas dochází. Z pohledu našeho území jde zejména o situace lokální konvekce při vlivu brázdy nízkého tlaku vzduchu nebo oblasti nízkého tlaku vzduchu s přílivem vlhkosti či nevýrazné tlakové oblasti, dále situace při přechodu cyklony přes naše území a situace při přechodu vlnící se studené fronty. Při přechodech běžných front se modely na srážkách shodují poměrně dobře a předpověď není tak obtížné sestavit.
Od sběru dat (tedy od jejich měření) až po výslednou předpověď jako velká “cesta” a ta bývá často poměrně trnitá. Na delší dobu dopředu se modely neshodují často a to ani konkrétní model v jeho několika bězích (výstupech). Opět si uveďme příklad.
Nejistota při přechodu fronty
Model započne ve výstupu z 00 UTC předpokládat teploty na 6. den od data předpovědi na daném území v rozmezí 26 až 30°C, ve výstupu z 06 UTC půjde o teploty 20 až 25°C, na JV/V až 30°C. Ve výstupu z 12 UTC bude předpokládat teploty 19 až 23°C a ve výstupu z 18 UTC teploty 19 až 24°C, na V 27°C a na samotném JV území až 31°C.
Výše uvedený případ je způsoben nejistotou postupu studené fronty, která se začne nad daným územím patrně vlnit a modely mají problém takto dopředu (a to i na kratší dobu dopředu) odhadnout, zda se bude dané území v konkrétní den nacházet zcela před frontou, částečně za frontou či zda bude fronta během dne přecházet nebo již zcela za frontou s přílivem chladného vzduchu. Meteorolog nemá snadné rozhodování, neboť se mohou podmínek během dalších hodin opět změnit a modely se mohou shodovat na jiné situaci než před tím. Proto se mohou někdy předpovědi počasí měnit značněji i během dne.
Dělení modelů a základní dnes počítané modely
Numerické modely dělíme základně na modely globální a regionální, dále pak na modely klimatické a meteorologické. Globální modely jsou počítány zpravidla pro větší územní celky (kontinenty) nebo přímo pro celý Svět a zobrazují obecnější prognózy počasí. Regionální modely jsou již podle názvu zaměřeny na konkrétní menší území, zpravidla na území jednoho státu nebo skupiny států. Modely meteorologické předpovídají prvky počasí den po dni, na nejbližší dny jde o předpověď podrobnější. Klimatické modely předpovídají základní meteorologické prvky (zpravidla teploty a srážky) a jejich odchylky od dlouhodobého normálu pro delší období jako celek (sezónní prognózy).
Jaké jsou nejznámější a nejvyužívanější numerické modely, jejichž výsledky jsou běžně dostupné i na internetu, v dnešní době? Na to odpoví další řádky tohoto odstavce. Určitě znáte model GFS, ECMWF, nepochybně i Aladin a Medard, s jejichž výstupy pracují dnešní moderní mobilní aplikace. Existuje ale nesčetné množství dalších modelů, klimatických i meteorologických.