Numerické modely, cíl a úspěšnost jejich práce
Když se řekne numerický model, asi si v dnešní době každý představí nějaký program pro předpověď počasí. To je správně. Numerický model je vždy výkonná výpočetní technika. Tedy počítač, který obsahuje určitý program pro splnění účelu, k němuž má sloužit. Vždy se jedná z hlediska meteorologie a klimatologie o snahu modelování počasí. Tedy odhad jeho vývoje do budoucna. Tento program včleněný do výpočetní techniky byl stejně jako samotná výpočetní technika pro práci s ním zkonstruován lidmi. Numerické modely, cíl a úspěšnost jejich práce.
V historii numerické modely, stejně tedy jako výpočetní technika, neexistovaly. Počasí se předpovídalo zejména podle jeho stavu a chování v nedávné minulosti a v přítomnosti, podle čehož se i v dnešní době hodně vychází. Předpovědi počasí měly tedy nižší úroveň i poměrně nízkou úspěšnost. S příchodem výpočetní techniky se objevily i numerické předpovědní modely, které byly v dalších letech neustále zdokonalovány.
Jak pracuje numerický model?
Každý numerický model vychází ze vstupních dat, což jsou veškerá měření počasí (a z nich získaná data) prováděná v nedávné minulosti až v přítomnosti. Na základě těchto údajů a řady matematických rovnic a vzorců, kterých jsou miliony. A které jsou extrémně složité, program (tedy model) vypočítá vývoj počasí (jeho jednotlivých prvků, např. teplota, vítr …) do budoucna. Na jak dlouho, to závisí na nastavení a možnostech každého modelu. Tyto rovnice by nebyl schopen zejména v takto extrémně krátkém čase člověk spočítat.
Zajímavou otázkou by bylo, jak dlouho by asi trvalo, než by například velmi matematicky vzdělaný člověk spočítal miliony rovnic o různých hodnotách. Dnes většina numerických modelů počítá nové údaje čtyřikrát denně. Takže pokud vezmeme denně 4 krát milion rovnic. Což je řekněme takové minimum, tak jsou to minimálně 4 miliony rovnic denně. Modelové technice to trvá cca 5-6 hodin. Dle světového času, v němž modely pracují, jsou nové výstupy sestavovány k 00, 06, 12 a 18 UTC s tím, že každý “běh” modelu. Tedy jinými slovy aktualizace výpočtu, je k dispozici s 5-6 hodinovým zpožděním. Je to hodně dlouho? Na množství operací je to dobrý výkon.
Dokonalejší výpočetní technika
Výpočetní technika se zdokonaluje zejména ve smyslu rychlosti výpočtu většího množství matematických operací, tzn. vypočítá více rovnic za kratší čas. Čas mezi získáním aktuálních dat a výsledkem výpočtu modelu se zkrátil zejména s příchodem internetu. Tem zkrátil přenos dat z měřících stanic do meteorologických center, která modely provozují. Dnešní výpočetní technika a tedy modely jsou skutečně velice přesné ohledně výpočtů rovnic a jejich rychlosti. I předpovědi počasí jsou na mnohem lepší úrovni než dříve. Kde je ale problém, že někdy předpověď i na kratší čas doslova nevyjde? Vyplyne z dalšího textu.
Jaká je obecná úspěšnost numerických předpovědí?
Jednoduše řečeno s přibývajícím časem, na který je předpověď počítána, úměrně klesá její úspěšnost. Ta nebude asi nikdy 100%. Nejpřesnější předpověď jsou numerické modely schopny sestavit na druhý den. O něco méně úspěšnou je předpověď na druhý až čtvrtý den. Dále jsou prognózy málo úspěšné a prognózy nad jeden týden jsou nejméně úspěšné s tím, že od 10. dne je jejich úspěšnost tak nízká, že je nemá cenu sestavovat. Úspěšnost prognóz ovšem také záleží na období a na konkrétní synoptické situaci.
Na druhý den může být prognóza hodně nejistá, pokud se očekává složitá synoptická situace v podobě špatně odhadnutelných atmosférických jevů a procesů, například přechod tlakové níže. Naopak předpověď na 5. až 7. den může být dosti přesná. Pokud se očekává dobře předpověditelná situace, například typicky stabilní tlaková výše. Nicméně každá situace má svá úskalí. I počasí v tlakové výši může být komplikovanější a tato komplikace spočívá například na podzim a v zimě ve vzniku teplotních inverzí a nastává pak problém. A to, když vznikne mlha či nízká oblačnost, jak dlouho se v dané lokalitě udrží a podobně. S tímto si modely zatím moc neumějí poradit. Podobné je to s lokální konvekcí, tedy s bouřkami či přeháňkami.
Lokalizace bouřek a rychlost změna atmosféry
Jejich lokalizace je velmi obtížná a stejně jako jejich vznik závisí na mnoha faktorech, stavu veličin zjednodušeně řečeno. Z hlediska jednotlivých prvků lze říci, že se obecně lépe předpovídá teplota vzduchu než atmosférické srážky a jejich vydatnost, rozložení a časový průběh. Srážky mají vždy nižší úspěšnost v případě předpovědi než teploty. Modely dnes ale předpovídají mnoho meteorologických prvků a poskytují produkty různého druhu. Neúspěšnost předpovědí tak vždy tkví v rychlosti změn stavu atmosféry. Na tu zatím modely úplně dostatečně nestačí reagovat. Tedy reagovat tak, aby včas tuto změnu zachytily a aplikovaly při výpočtu. Určitě jsou zde tedy rezervy, které budou určitě v rámci dalšího zdokonalování modelů vyplňovány.
Jak se modely dělí?
Základní dělení modelů je na modely meteorologické a modely klimatologické. Další pak na modely globální a regionální. Nyní pár slov k těmto druhům. Meteorologické modely předpovídají počasí den pod dni. A to pravidla více prvků a jejich vývoj v čase ať jde o předpověď krátkodobou (na několik dní) nebo střednědobou (na týden až dva). I když lze dlouze spekulovat o její úspěšnosti. Klimatické modely se zaměřují na prognózu zpravidla odchylek základních prvků od stanoveného normálu. A to ohledně delšího časového období jako celku (zpravidla měsíce).
Modely globální počítají předpověď počasí pro velké regiony. Zpravidla pro celý svět a dále se zaměřují na jednotlivé větší celky (kontinenty). A obsahují i detailnější území. Modely regionální upřesňují ve vztahu k dané menší lokalitě (zpravidla státu) předpovědi globálních modelů. Předpovídají ve větším rozlišení. Předpovědní modely vyvíjejí meteorologická centra nebo meteorologické organizace ve spolupráci s centry nebo jinými organizacemi.
Nejznámější a nejdůležitější druhy numerických modelů
Asi mnoho z vás už slyšelo nebo vidělo napsáno zkratky jako jsou Aladin, Medard, GFS, ECMWF a podobně. To jsou zkratky názvů jednotlivých předpovědních modelů. Ty se nejčastěji používají pro předpověď počasí. V poslední době je docela často v oblibě server yr.no se svým modelem. Ten je z nejasných důvodů mezi veřejnosti považován za nejpřesnější. Není tomu ovšem úplně tak, možná se lidem zamlouvá grafické zpracování výstupů modelu nebo fakt, že předpovídá pro mnoho lokalit.
Možná i to může napovědět, že nebude tak extra přesný. Přesnost modelů se totiž jako bylo uvedeno vztahuje k dané situaci. Některou situaci lépe odhadne např. modely A, C, E, jinou zas modely B, D a F. Převedeno na skutečnost, některou situaci odhadne lépe model GFS a WRF. Jinou zas model ECMWF a ARPEGE. A právě zde je stále nezastupitelná role meteorologa, aby podle svých zkušeností a znalostí s přihlédnutím k dané situaci rozhodnul. A to též se znalostí poměrů v dané lokalitě. Tento rozhodně, kterému modelu bude důvěřovat více, případně aby předpověď sestavil na základě více modelů. Těch, co se spíše shodují s pravděpodobným průběhem počasí a činil tzv. kompromis mezi některými modely a vlastními úsudky.
