Meteorológiai előrejelzés. Dr. Lakotár Katalin

Átírás

1 Meteorológiai előrejelzés Dr. Lakotár Katalin

2 Előrejelzés folyamata MÉRÉS -felszíni mérőállomások -rádiószonda -radar -műhold -újabb távérzékelő eszközök ADATGYŰJTÉS -ellenőrzés -rendszerezés -tárolás ADATFELDOLGOZÁS -analízisek elkészítése -modellek futtatása MEGJELENÍTÉS -produktumok megjelenítése -előrejelzések elkészítése, továbbítása a felhasználókhoz

3 -eredménye meglepetést okozott: megelőző napok megfigyelési adatainak térképre vitelével, elemzésével felismerhető és nyomon követhető volt az a ciklon, amelyhez a vihar kapcsolódott Történelmi tény:a krími háború során, november 14-ére virradó éjszaka a Krím-félsziget mellett, a Balaklavai-öbölben, néhány óra alatt elpusztult az egyesült angol-francia hadiflotta R.Carrick: A balaklavai vihar vereséget hirtelen érkezett, pusztító vihar okozta nagy emberáldozat, anyagi veszteség -francia kormány Le Verrier csillagászt megbízta: vizsgálja meg, az akkor Európában és az észak-atlanti térségben már működő 45 meteorológiai állomás adatainak előzetes ismeretében vajon következtetni lehetett volna a vihar közeledtére?

4 a felismerés meteorológián belül új szakmai ág: időjárás-előrejelzés tudománya szinoptika alapjai /görög eredetű, a térképekre felírt és felrajzolt adatok halmazának egyidejű áttekintése és elemzése/ -elemzés tette lehetővé a légkör fizikai állapotának és a benne lejátszódó mozgások, áramlások fizikai törvényeinek megismerését -időjárási (szinoptikus) térképek egymásra következése pedig a légkörben lejátszódó változások, folyamatok, vagyis az időjárás törvényszerűségeinek fokozatos megismerését segítette elő -térképek sorozatából megismert folyamatot, vagyis a már bekövetkezett időjárást a jövőre extrapolálja a szakember időjáráselőrejelzés első módszere

5 -technikai és szervezeti feltételek megteremtése meteorológiai állomások adatai nagyon rövid idő alatt kerüljenek a feldolgozási helyekre elemzésük, következtetések levonására, előrejelzés elkészítésére -nemzetközi egyezmények születtek az adatok kölcsönös cseréje érdekében, csere eszköze: távíró Magyarországon 1870-ben alakult meg az első önálló nemzeti meteorológiai szervezet: Országos Meteorológiai és Földdelejességi Intézet -elsősorban az állomáshálózat szervezésével, a mérések beindításával, a mérési eredmények éghajlati feldolgozásával foglalkozott -szervezett időjárási prognózis szolgálat 1888-ben -időjárás-előrejelzések július 16tól fővárosi napilapokban -előrejelzések eljuttatása távíróval,naponta egyszer postán számok kiakasztásával tették hozzáférhetővé az intézet prognózisait kez-detben 130, ezredfordulón 350 ilyen postahivatal

6 . A Meteorológiai Intézet korabeli fémtáblás előrejelzése 1890

7 1920-as évek elején szinoptika forradalmi változáson ment keresztül: addig a légnyomási térképekre alapított "izobár-szinoptika" kezdett egysíkúvá válni előrelépés a "bergeni iskola" és két legjelentősebb képviselője V. Bjerknes és J. Bjerknes (apa és fia) hozta: észrevették a légkörben a markáns időjárás változások legfőbb hordozóját, az időjárási frontot azt, hogy a frontnak meghatározott helye és szerepe van a légkör, ezen belül elsősorban egy ciklon szerkezetében Időjárási Napi jelentés első ízben július 7-én közöl olyan szinoptikus térképet, amelyen front található 30-as évek közepén új, fiatal szakemberekkel gyarapodik az Intézet személyi állománya Prognózis Osztály munkájába kapcsolódnak be: Béll Béla, Berkes Zoltán, Zách Alfréd a szinoptika "norvég iskolája" térhódítása

8 -század első felében törekvés: az időjárást befolyásoló légköri fizikai folyamatokat a dinamikus meteorológia eszközeivel, azaz elméleti síkon, matematika egyenletek segítségével írják le -ekkor már napirenden az egyes meteorológiai elemek mezőinek számszerű előrejelzése is mező: légköri paraméter (pl. légnyomás, hőmérséklet, nedvesség, stb.) egy adott földrajzi térségre vonatkoztatott összessége bonyolult egyenletek tömegének nagy mennyiségű (földfelszíni és magas légköri) adattal történő kiszámítását jelentette az első generációs számítógépek teljesítménye kevés volt számítás hosszabb ideig tartott, mint amennyi alatt az időjárás lezajlott -időjárás operatív előrejelzésére még alkalmatlan maradt az extrapoláló eljárás

9 - impulzus megmaradásának elve: mozgó, áramló gázokra és előrejelzések készítésének módszertanát három eljárás uralta: -matematikai (statisztikai) módszerek: egyes meteorológiai elemek (hőmérséklet, szél, csapadék stb.) éghajlati idősorában igyekeztek felfedezni szabályszerűségeket, ismétlődéseket (trendeket, periódusokat, szabályos ingadozásokat), egyes paraméterek között kerestek valamilyen függvénykapcsolatot (pl. korrelációszámítással) - szakértői módszerek: összegyűltek az előrejelzők, majd közös elemzés és értékelés után döntöttek a prognózis szövegéről - modellezés: előrejelzésének alapja a fizikában felfedezett megmara-dási elvek légköri alkalmazása: -energiamegmaradás elve: meteorológiában a termodinamikai energia-egyenlet fejez ki -anyag- (tömeg-) megmaradás elve: elvet az áramlás paramétereivel kifejező egyenlet adja

10 1940-es évek végén a számítástechnika forradalma az első elektronikus számítógép megépítése Neumann vezetésével 20 meteorológus dolgozott a modellfejlesztésen 1946 augusztusától: 5500 méter magas, vagyis az 500 hpa-os légköri szint áramlási viszonyait jelezték előre 24 órával későbbre, öt különböző kiindulási helyzet adatai alapján az Egyesült Államok területét lefedő 235 rácspontban következtetéseket fogalmaztak meg: -javasolták, hogy egymás fölött elhelyezett rétegekből kell felépíteni a modell-légkört - sűríteni kell a rácshálózatot a rácspontok számának növelésével és a rácstávolság csökkentésével - növelni kell a matematikai közelítő sémák pontosságát - valósághoz jobban illeszkedő egyszerűsített egyenletrendszert kell választani

11 előrejelzési folyamat: 1. adatellenőrzés 2.adatok előkészítése, azaz a mérési eredmények értékeinek átszámítása a légkörmodell rácspontjaira rácspontokra történő átszámítás az interpoláció, modellezők adatasszimilációnak nevezik 3. próbaszámítás után újra elvégzik az adatasszimilációt, az újbóli interpolációkor a próbaszámítás eredményét is figyelembe veszik optimális interpoláció 4. a számítógépes előrejelzés, azaz egyenletek megoldása, vagy ahogy a differenciálegyenletek elméletében ezt a folyamatot nevezik: az időbeli integrálás 5. megfelelő időtávra kiszámított légállapot adatok kódolása, eljuttatása az előrejelzőkhöz, szinoptikusokhoz 6. térképeken megjelenített, táblázatokban, ábrákon összefoglalt adatokból következtetések jövőbeni állapotra

12

13 -globális modellek: megfelelő pontossággal írják le egy régió (pl. az észak-atlanti-európai térség) időjárási folyamatait frontok átvo-nulása, ciklonok keletkezése - kevésbé pontosan jellemzik kisebb térségek,pl. a Kárpát-medence egyes vidékeinek időjárását lokális időjárás előrejelzéséhez modellek jobb (kb km) felbontásúak, kisebb földrajzi térségre, ún. korlátos tartományra szolgáltatnak előrejelzést

14

15

16 Szinoptikus módszer -aktuális időjárási helyzet komplex analízise rendelkezésre álló megfigyelési, mérési információk felhasználásával -előrejelzés készítése a szinoptikus elvek és a numerikus modellek segítségével -légköri mezők szintézise: az egyes légköri mezőknek az együttlátása, a mezők megtöltése időjárástartalommal, pl. önmagában egy talaj-légnyomási mező nem árulja el nekünk, hogy hó vagy eső fog hullani, ehhez a nedvességi, a magassági hőmérsékleti mezőket együttesen kell mérlegelni az analízis és a prognózis készítésénél

17 Szinoptikus elvek Cél: légkör jövőbeli állapotainak, az időjárásnak az előrejelzése 1.Történelmi egymásra-következés elve -légköri változások folytonosnak tekinthetők, ezért egy jövőbeli állapot függni fog a jelenlegi (az analízis időpontja) állapottól -az aktuális időjárás részletes leírása alkalmazzuk az analízis elveit cél:fizika törvényszerűségeit alkalmazva feltárjuk a szóban forgó időjárás okait, mint kiindulási helyzetet 2. Időjárási tehetetlenség elve -időjárási helyzetek tartós fennállása esetén egy-két légköri paraméterre prognózis adható a prognózisnál feltételezzük, hogy az adott légköri paraméter (vagy paraméteregyüttes) hasonlóan fog alakulni tartós : átlagosan egy hetet jelent

18 Kvázi-periodicitás elve -bizonyos légköri paramétereknek, illetve időjárási jelenségeknek jól ismert ritmusossága, esetenként szabályos ismétlődése van pl. hőmérséklet: anticiklonos időjárási helyzetekben megbecsülhető a maximumés minimum-hőmérséklet időpontja a periodicitás ismeretében szabályosságot a felhőzet és a szél nagyban befolyásolhatja, mérlegelni kell az elv alkalmazhatóságát felhőzet: szintén anticiklonokban és a nyári félévben a felhőzetnek van egy délutáni maximuma és egy hajnali minimuma hőzivatar: nyári anticiklonokban elszigetelt zivatarcellák jöhetnek létre, amelyek leginkább a koradélutáni óráktól a kor esti órákig tudnak keletkezni szél: általában éjszakai minimummal és délutáni maximummal rendelkezik

19 Fizikai következtetés elve - előrejelzés készítésénél mindig követni kell a fizika törvényszerűségeit, azoknak ellentmondó következtetések hibás prognózishoz vezetnek -derült, szélcsendes időjárási helyzetben viszonylag magas har-matpont mellett köd kialakulása valószínű -erős olvadásnál hófúvás nem fordulhat elő -hidegfront átvonulása esetén előfordulhat, hogy a legmagasabb nappali hőmérséklet a délelőtti órákban alakul ki -hideg légpárna megszűnéséhez hidegfront szükséges, amely a légpárna megszűnése után hőmérséklet emelkedést okoz -fagypont alatti hőmérséklet esetén a harmatpont és a hőmérséklet a kicsapódást követően tovább tud csökkenni

20 Szinoptikus-klimatológiai ismeretek -előrejelzésnél figyelembe kell venni az adott térség éghajlati karakterisztikáit (sokéves átlagok, abszolút, országos-és helyi szélső értékek (rekordok)) elsődleges becslést arra, hogy az adott térség felett az év adott szakában egyáltalán milyen időjárás alakulhat ki előrejelzés és az éghajlati átlagok tükrében megállapíthatóak az időjárási anomáliák felsorolt elvek egyenkénti vagy együttes alkalmazásával van lehetősége a szinoptikusnak a numerikus modellek nyers produktumaiból értelmezhető és fizikailag konzisztens prognózisok elkészítésére, a modell eredményeinek felülbírálására

21 Numerikus modellek -modell: a meteorológiai jelenségeknek az egyszerűsített (absz-trakt) mása -numerikus: meteorológiai jelenségeknek a termo-és hidrodinami-ka törvényeire alapozott szimulálása érdekében alkalmazott ma-tematikai közelítő eljárás -mi kell a modellezéshez? -tudni kell, hogy milyen tér-és időbeli felépítésű légköri folyama-tot akarunk modellezni (ciklon, zivatar, tornádó) -ismerni kell az adott légköri folyamatot irányító fizikai törvénye-ket vagy törvényszerűségeket (mozgásegyenletek, örvényességi egyenlet, kontinuitási egyenlet, energiaegyenlet stb.) -fel kell állítani egy elviekben megoldható matematikai egyenlet-rendszert

22 - egyenletrendszer megoldásához numerikus sémákat kell alkalmazni, mivel a légköri folyamatokat leíró egyenletrendszerek nem lineárisak és a kiindulási mező sem folytonos - a numerikus sémákat egy számítógépes program hajtja végre tekintettel az igen nagy számítási igényre Globális modellek: a légköri folyamatokat hemiszférikus méretekben szimulálják durva térbeli felbontással ( km). Korlátos tartományú modellek: általában egy globális modellbe beágyazva kisebb régióra vonatkozva végzik el a számításokat lényegesen finomabb térbeli felbontással (<10 km)

23 ECMWF globális középtávú előrejelző modell (10 nap)

24 A minimum-hőmérséklet kvantitatív becslése

25