Pogoda i klimat. Różnorodność jednorodności.

Modele numeryczne są sposobem prognozowania zjawisk w atmosferze przy zastosowaniu wzorów matematycznych do odwzorowania procesów w niej zachodzących. Zmiana pogody oznacza zmianę parametrów fizycznych atmosfery, a to jest skutkiem współoddziaływania wielu procesów fizycznych, dzięki którym dochodzi do przekazu i przemian energii. Przykładowo, jeśli woda w oceanie jest cieplejsza niż powietrze znajdujące się nad nią to zostanie uruchomiony przekaz energii cieplnej z wód oceanicznych do powietrza. Powietrze ciepłe jest lżejsze niż chłodne, więc zacznie się unosić. Wraz ze wzrostem wysokości maleje jednak ciśnienie a temperatura spada, prowadzi to do kondensacji pary wodnej i powstawania chmur. Wszystkie takie procesy możemy opisać równaniami matematycznymi. Wprowadzając do równań szereg parametrów opisujących stan atmosfery w danym momencie możemy policzyć jak te parametry zmienią się po pewnym czasie. Istnieje wiele modeli opisujących zmienność atmosfery zarówno w skali globalnej jak i regionalnej. Różnią się one zastosowanymi algorytmami a co za tym idzie mogą dawać różne wyniki. Rolą synoptyka jest szacowanie przydatności modelu w danej sytuacji pogodowej, zgodnie ze swoją wiedzą i doświadczeniem.


Co tak naprawdę liczy model numeryczny? Model numeryczny oblicza odpowiednie wartości poszczególnych parametrów meteorologicznych dla tzw. punktów węzłowych siatki. Otrzymuje się je nakładając na powierzchnię ziemi siatkę o jednakowej odległości „oczek” (na wzór siatki południków i równoleżników – „oczka” to ich punkty przecięcia, tzw. punkty gridowe). Ryc. 7 przedstawia przykładowy wynik wyliczeń temperatury powietrza modelu GFS dla Polski, z doskonale widocznymi punktami węzłowymi siatki (dla tych punktów podane są wartości temperatury). Na ich podstawie metodą interpolacji wykreślono także izotermy.



Ze względu na dokładność, czyli zasięg i zagęszczenie siatki, modele dzielimy na globalne – obejmujące cały glob ziemski, lub półkulę (to te najmniej dokładne); regionalne – najczęściej obejmujące kontynent lub jego część (dokładniejsze od globalnych) i mezoskalowe, obejmujące część kontynentu, pojedyncze państwo, lub grupę państw, np. obejmujące Polskę i fragmenty sąsiednich krajów (najdokładniejsze). Podział taki istnieje ze względu na niemożność obliczenia modelu ze zbyt dużą liczbą punktów siatki – im ich więcej tym dłużej trwają obliczenia modelu. Aby uzyskać prognozę w dość krótkim czasie, i aby była ona jak najdokładniejsza korzysta się z kilku modeli zagnieżdżonych w sobie. Oznacza to, że wyliczenia z modelu globalnego są podstawą do obliczeń w modelu regionalnym, a jego wyniki służą do obliczeń w modelu mezoskalowym.

Dla każdego punktu siatki kilka razy na dobę (zwykle 2-4 razy) model wylicza prognozę wartości wielu parametrów w przekroju pionowym (w kilkudziesięciu warstwach wysokościowych) i dla kilkunastu, kilkudziesięciu terminów. Parametry te są różnorodne: zrozumiałe i czytelne dla każdego (temperatura powietrza, kierunek i prędkość wiatru, ciśnienie atmosferyczne – ryc. 8), oraz specjalistyczne, przydatne synoptykom w ich pracy nad prognozą pogody (np.: współczynniki konwekcji, informacje o prądach strumieniowych, parametry mas powietrza itp.). Dla lepszej czytelności wyliczenia modelu przedstawiane są zwykle w postaci map obrazujących przestrzenną zmienność parametru dla danego terminu (ryc. 9 i 10), bądź diagramów lub wykresów przedstawiających zmienność w czasie parametru dla danego punktu (ryc. 11).



Prognostyczny obraz kierunku i prędkości wiatru w Europie z modelu GFS. „Chorągiewki” oznaczające wiatr pokazują skąd wieje wiatr a kolory odpowiadają określonym prędkościom wiatru w węzłach (ang: knots). Legenda zamieszczona jest poniżej obrazka. Każda dłuższa „belka” na chorągiewce oznacza 10 węzłów (5 m/s), a krótsza 5 węzłów (2 m/s). Podobnie jak na mapie temperatury, opisany jest czas obliczenia modelu i krok czasowy prognozy. źródło: www.weatheronline.pl





Przedstawienie graficzne wyników modelu numerycznego jest bardzo wygodnym (także dla laika) narzędziem do samodzielnego zorientowania się w prognozowanej wartości poszczególnych elementów pogody i może posłużyć do samodzielnego wykonania prognozy pogody na własny użytek.

Najbardziej znane modele globalne, wykorzystywane jako podstawa do obliczeń w Europie, to GFS (Global Forecast System) obliczany i udostępniany przez amerykańską Narodową Agencję Oceanu i Atmosfery (NOAA) http://www.emc.ncep.noaa.gov/index.php?branch=GFS oraz europejski model ECMWF (European Center for Medium-range Weather Forecast) http://www.ecmwf.int/. W Polsce rozwija się trzy modele mezoskalowe obejmujące swym zasięgiem nasz kraj i tereny sąsiednich państw. Są to wykorzystywane przez Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej modele Cosmo i Aladin
http://www.pogodynka.pl/polska/prognoza_synoptyczna/polska/16dni/warszawa_warszawa
oraz rozwijany przez Uniwersytet Warszawski model UM
http://www.meteo.pl/um/php/small_maps.php?all=1


Wyniki wielu modeli dostępne na jednej stronie można znaleźć m.in. na stronach:
http://www.weatheronline.pl/cgi-bin/expertcharts?LANG=pl&CONT=euro&MODELL=gfs&VAR=prec
http://www2.wetter3.de/fax.html
http://www.wetterzentrale.de/topkarten/


Wyniki modeli numerycznych ułatwiają pracę synoptyka, jednak nie są jedynym źródłem wiedzy dla opracowywania prognoz pogody. Decydujące zdanie ma synoptyk, ponieważ do chwili obecnej sprawdzalność prognozy pogody opracowywanej przez niego jest o kilka-kilkanaście procent wyższa, niż wyników modeli numerycznych.