Komputerowe modele prognostyczne

rozdzielczość modeli, podział modeli
zobacz także: przyrządy meteorologiczne, metody prognozowania pogody
 

Wraz z rozwojem nowoczesnych technologii komputerowych, powstało wiele narzędzi opierających się właśnie na zastosowaniu komputerów, służących do analizowania i przewidywania pogody. Narzędzia te to komputerowe modele prognostyczne (ang. NWP - Numerical Weather Prediction), czyli układy równań matematycznych opisujących procesy fizyczne zachodzące w atmosferze. Podobnie wykorzystuje się równania opisujące układ słoneczny, które pozwalają przewidzieć zaćmienie Słońca czy Księżyca nawet na wieki naprzód. Różnica polega na tym, że równania opisujące atmosferę są znacznie bardziej skomplikowane niż te opisujące układ słoneczny, dlatego ich rozwiązanie wymaga nie tylko większej wiedzy, ale i szybszych komputerów.

Kiedy w latach 50-tych naukowcy zaczęli tworzyć pierwsze modele opisujące atmosferę ziemską pracowali na nieporównywalnie wolniejszych komputerach niż obecnie, mimo że modele te były niezwykle uproszczone, dawały one wiarygodny wgląd w stan atmosfery. Z rozwojem technologii komputerowych modele stawały się coraz bardziej dokładne, gdyż wprowadzano więcej równań opisujących czynniki wpływające na atmosferę - prognozy stawały się dokładniejsze. Nigdy jednak modele nie zastąpiły meteorologów czy synoptyków, są one jedynie pomocą przy sporządzaniu prognozy. Naukowcy porównują wyniki uzyskane z modelu z rzeczywistą sytuacją meteorologiczną i w ten sposób określają w jakich miejscach model jest wiarygodny, a w jakich zawodzi. Obecnie powstaje na świecie wiele modeli opisujących różne zjawiska pogodowe takie jak np. huragany. Planuje się wykorzystanie modeli do prognozowania zjawisk o lokalnym zasięgu takich jak burze, pozwoliłoby to na lepsze ich przewidywanie a zarazem w miarę wczesne ostrzeżenia terenów zagrożonych.

Rozdzielczość modeli

Termin rozdzielczość określa wymiary kratki za mocą której model przedstawia stan atmosfery. Każdy model komputerowy za dane wejściowe przyjmuje przybliżenie warunków atmosferycznych wyliczone na podstawie równomiernie rozłożonych punktów. Odległość między tymi punktami określa wielkość wspomnianej kratki - rozdzielczości. Przykładowo przyjmijmy że model ma rozdzielczość równą 100 km. Innymi słowy, model przedstawia powierzchnię ziemi z dokładnością kwadratu 100x100 km. Model na podstawie danych meteorologicznych w rogach tego kwadratu obliczy przybliżenie reprezentujące obszar całej kratki. Jeśli temperatura powietrza w punktach na północno-zachodnim i północno-wschodnim rogu kwadratu wynosi po 20 st., a w południowo-zachodnim i południowo-wschodnim po 30 st., model określi cały ten obszar z temperaturą 25 st. Dlatego im większa jest odległość między punktami, tym mniejsza rozdzielczość i większa różnica między przybliżeniem a rzeczywistością - w rezultacie spada dokładność prognozy. Przy obecnym postępie techniki rozdzielczość komputerowych modeli prognostycznych wzrasta, a to oznacza bardziej trafne prognozy.

Podział modeli

Obecnie na świecie stosuje się wiele modeli prognostycznych. Podzielono je na trzy główne kategorie modele globalne opisujące północną półkulę, modele wykorzystywane na terenie USA oraz modele opisujące lokalne zjawiska pogodowe.

Modele globalne

• modele wykorzystywane w Europie to UKMET powstały w Wielkiej Brytanii oraz ECMWF wykorzystywany przez Europejskie Centrum Meteorologiczne (European Meteorological Center). Oba modele mają rozdzielczość rzędu 75 kilometrów. Prognozy obejmują całą północną półkulę.
• model oceaniczny (Global Ocean Model) wykorzystywany jest do prognozowania długoterminowego zmian w obrębie oceanów takich jak temperatura powierzchni czy prądy oceaniczne, a następnie wpływu tych czynników na atmosferę. Stosuje się go do przewidywania zjawisk o większym zasięgu takich jak El Nino.
• model MRF (Medium Range Forecast Model) stosowany jest to prognozowania średnioterminowego na dłużej niż 48 godzin naprzód (zazwyczaj 60-240 godzin); swoim zasięgiem obejmuje on całą północną półkulę z rozdzielczością 150 km.

Modele wykorzystywane w USA

• model AVN (Aviation Model) - początkowo stworzony na potrzeby lotnictwa (stąd jego nazwa: aviation - lotnictwo), obecnie powszechnie stosowany na potrzeby cywilne. Wykorzystywany jest do prognozowania krótkoterminowego, chociaż dobrze sobie "radzi" z prognozami średnioterminowymi (do 72 godzin). Rozdzielczość tego modelu wynosi około 100 km.
• model ETA prognozuje z rozdzielczością 29 km uwzględniając topografię terenu, a co za tym idzie daje bardziej dokładne prognozy. Jak dotąd ostatecznie nie oceniono jego możliwości na tle pozostałych modeli, jedno jest tylko pewne, że jeśli chodzi o prognozowanie opadów nie ma od niego lepszych.
• model NGM (Nested Grid Model) wykorzystywany jest to prognozowania krótkoterminowego i obejmuje takie czynniki atmosferyczne jak temperatura na różnych wysokościach, suma opadów, położenie klinów i zatok w wyższych warstwach atmosfery oraz położenie obszarów wysokiego i niskiego ciśnienia atmosferycznego. Model operuje na rozdzielczości ok. 80 km, wystawiając prognozy co 6 godzin na od 0 do 48 godzin naprzód.

Modele opisujące lokalne zjawiska pogodowe

• model huraganu został zaprojektowany przez The Geophysical and Fluid Dynamics Labolatory. Mały zasięg modelu rekompensuje jego duża rozdzielczość 10 km. Prognozuje on ruch oraz rozwój centrum huraganu.

W Polsce wykorzystuje się między innymi model UMPL (Unified Model for Poland Area) oparty na modelu UM (Unified Model) wykorzystywanym przez Brytyjską Służbę Meteorologiczną. Model ten wykorzystywany jest w ICM i tam też można znaleźć szczegółowe informacje - prognoza.icm.edu.pl.