Mit jelentenek a szinoptika és a meteorológia szavak? ARISZTOTELESZ (Kr. e ) szerint

Átírás

1

2 Vázlat 1. A szinoptika története 2. Az előrejelző rendszer építőelemei 3. Az előrejelzés készítésének módja 4. Előrejelzési produktumok 5. Verifikáció 2

3 Mit jelentenek a szinoptika és a meteorológia szavak? ARISZTOTELESZ (Kr. e ) szerint a változhatatlan szféra (ég) és a változó szféra (földfelszín) közötti jelenségek neve: METEOR 3

4 Példák a METEOR szó előfordulására: 4

5 METEOROLÓGIA (logosz= tudomány): a földfelszín és az égbolt közötti jelenségek tudománya LÉBÉSZET v. LÉGTÜNEMÉNYTAN (a nyelvújítás korában) SZIN-v. SYN-(görögül) = együtt, egyszerre; OPSZISZ = látás (optika); SZINOPSZIS = áttekintés, összegzés; SZINOPTIKUS = áttekintő, összefoglaló; SZINOPTIKUS SZEMLÉLET KLIMATOLÓGUS SZEMLÉLET 5

6 A SZINOPTIKUS METEOROLÓGIA TÖRTÉNETÉNEK FŐBB SZAKASZAI I. A KEZDETEKTŐL 1657-IG: AZ EMPÍRIA KORA: műszeres mérések nincsenek, kizárólag tapasztalaton alapuló megfigyelések A korszak végén készülnek el az első, meteorológiai célra is használható mérőeszközök: HŐMÉRSÉKLETMÉRÉS: Galilei (1605) és Santorio (1612): termoszkóp (a hőmérsékletkülönbség mérése) LÉGNYOMÁSMÉRÉS: Torricelli és Viviani kísérlete 1643-ban 6

7 II : A BAROMÉTER KORA: Mérföldkő: az első műszeres (kísérleti) meteorológiai mérések 1657 és 1667 között működött az Accademia del Cimento (A Kísérletezés Akadémiája), azaz a Firenzei Tudományos Akadémia. Jelszó: Provando e riprovando (Kíséreld meg újra és újra!) Alapítók: II. Ferdinánd nagyherceg és fivére Leopold. Rendszeres előadások és mérési demonstrációk a Pitti-palotában 7

8 Az eszközök megvannak! Mérőállomásokat és mérőhálózatokat kell szervezni! : Societas Meteorologica Palatina (más néven Mannheimi Társaság); alapító: Károly Tódor pflazi választófejedelem; szervező: Jakob Hemmer ( ) fizikus, udvari káplán. mannheimi órák: 7, 14 és 21 órakor kell megfigyelni; 39 állomás (Buda is!), 13 évkönyv (Ephemerides, az OMSZ Könyvtárban is vannak példányok!) Hemmer 1790-ben meghalt, és jöttek a napóleoni háborúk... A budai mérések története: 1780-tól Egyetemi Csillagdában a Várban, 1818-tól a Gellérthegyen (1849: Buda ostroma), 1870-től a Budai Reáliskolában (ma: Toldy Gimnázium), 1890-től a Fő utcában, 1910 óta a Kitaibel Pál utcában. 8

9 III : AZ IZOBÁRSZINOPTIKA KORA: Mérföldkő: a szinoptikus gondolat születése ban Heinrich Wilhelm Brandes ( ) a Lipcsei Egyetem professzora szinoptikus térképet rajzolt (1783-as mérésekből) és felismerte az alacsony nyomású területeket 9

10 AZ ELSŐ IZOVONALAS TÉRKÉP 1853: Heinrich Wilhelm Dove[ejtsd: dóve!] ( ) berlini professzor: az első izotermatérkép 10

11 NÉHÁNY ESEMÉNY A KORBÓL 1833: Sir Francis Beaufort ( ) brit admirális egységes jeleket vezetett be a Brit Haditengerészetben az időkép jelölésére (ezek lettek 1935-ben a nemzetközi meteorológiai jelek); 1838 óta használja a Brit Haditengerészet a Beaufort-féle szélsebességi skálát (ennek módosított változata lett ban a nemzetközi tapasztalati szélsebességi skála) 11

12 A Beaufort-féle szélsebességi skála

13 NÉHÁNY ESEMÉNY A KORBÓL (folytatás) 1848: Henry Piddington kalkuttai tengerésztiszt és 1851-ben Karl Kreil, az osztrák intézet alapító igazgatója javasolják a távíró használatát meteorológiai adatgyűjtésre 1853: az 1. Nemzetközi Tengerészeti Konferencia Brüsszelben javasolja az együttműködést a meteorológia területén 1857: Christophorus Henricus Didericus Buys Ballot ( ), a Holland Királyi Meteorológiai Intézet(KNMI) alapító igazgatója kimondja a bárikus széltörvényt 13

14 EGY EMLÉKEZETES IDŐJÁRÁSI KATASZTRÓFA november 14.: a krími háborúban a Szevasztopol ostromára készülő angol-francia-török csapatok vesztesége a Balaklavai-öbölre lecsapó viharban: 34 hajó, 8 ezer tengerész, 200 ezer font aranypénz és a teljes téli felszerelés III. Napóleon utasítására Urbain LeVerrier ( ) a Párizsi Obszervatórium vezetője folytatott vizsgálatot. (Az ő számításai mutatták ki először további bolygó létezését az Uránuszon túl.) 14

15 LeVerrier (talán éppen az előző évi brüsszeli konferencia tapasztalatai alapján) javaslatot tett meteorológiai megfigyelőhálózat létesítésére és a nemzetközi adatcserére A NEMZETI METEOROLÓGIAI SZOLGÁLATOK SZÜLETÉSE: Ausztria, 1851, Karl Kreil; Anglia, 1854, Robert FitzRoy; Hollandia, 1854, Christophorus Buy Ballot; Franciaország, 1855, Urbain LeVerrier; Magyarország, 1870, Schenzl Guido; Németország, 1874,Georg von Neumayer (Deutsche Seewarte, Hamburg). 15

16 : AZ IZALLOBÁRSZINOPTIKA KORA: Mérföldkő: a polárfront-elmélet születése, Jakob Bjerknes és munkatársai, Bergen, Norvégia, óta: AZ ELMÉLETI SZINOPTIKA avagy A NUMERIKUS PROGNOSZTIKA KORA: Mérföldkő: az első sikeres számítógépes előrejelzés, azaz a légköri kormányzó egyenletrendszer numerikus integrálása Jule Charney, Ragnar Fjörtoft és Neumann János, Princeton, USA,

18 Az időjárás-előrejelzések készítése több fázisból álló, komplex feladat, amely az alábbi fő csoportokra osztható Mért, megfigyelt adatok gyűjtése, ellenőrzése, tárolása Numerikus modellek futtatása, fejlesztése Adatok, produktumok megjelenítése Analízisek, utófeldolgozások készítése Általános előrejelzések megfogalmazása Speciális, célorientált előrejelzések készítése Előrejelzések verifikálása 18

19 Amiből az előrejelzések készülnek 19

20 Mérés, megfigyelés Földbázisú szegmens Földfelszíni megfigyelések Magaslégköri mérések Radarmérések Villámlokalizálás Windprofiler, sodar Űrbázisú szegmens Meteorológiai műholdak 20

21 Földfelszíni mérések 104 automata állomás 17 helyen vizuális észlelés 477 csapadékmérő állomás 21

22 Földfelszíni mérések 2008: GPRS alapú adatgyűjtésre való átállás: 10 perces adatgyűjtés 22

23 Magaslégköri mérések Budapest: Napi 1 szonda 00 UTC Szeged: Napi 1 szonda 00 UTC 23

24 24

25 25

26 26

27 Hogyan hasznosulnak a mérések az elrejelzések készítésének folyamatában? Közvetlenül Közvetve Az időjárási helyzet folyamatos nyomon követése Analízisek készítése Kiindulási adat a numerikus előrejelzési modellek futtatásánál 27

29 Numerikus modellek Az első elektronikus számítógép megjelenése nemcsak a számítástechnikát forradalmasította, de ezzel párhuzamosan bontakozott ki a meteorológia egyik legmodernebb szakága, a légköri folyamatok modellezése is. Modell: a meteorológiai jelenségeknek az egyszerűsített (absztrakt) mása. Numerikus: a meteorológiai jelenségeknek a termo-és hidrodinamika törvényeire alapozott szimulálása érdekében alkalmazott matematikai közelítő eljárás 29

30 A modern meteorológia az ilyen szimulációs modellek vizsgálatával foglalkozik. Mi kell a modellezéshez? Tudnunk kell, hogy milyen tér-és időbeli felépítésű légköri folyamatot akarunk modellezni (Rossby-hullám, ciklon, zivatar, tornádó) Ismernünk kell az adott légköri folyamatot irányító fizikai törvényeket vagy törvényszerűségeket, tehát fel kell használni a dinamikus (elméleti) meteorológia eszköztárát. (mozgásegyenletek, örvényességi egyenlet, kontinuitási egyenlet, energiaegyenlet stb.) 30

31 Fel kell állítani egy elviekben megoldható matematikai egyenletrendszert. Az 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). 31

32 32

33 33

34 34

35 35

37 Megjelenítő rendszer HAWK munkaállomás 37

40 Informatikai háttér Adatok, adattárak Bejövő ~30 GB/nap Műhold: 25 GB/nap Radar: 1.5 GB/nap RMDCN (ECMWF, GTS, ): 2 GB/nap Egyéb (NOS, windprofiler, ): 1 GB/nap Feldolgozás: ~48 GB/nap Nowcasting: 28 GB/nap Aladin: 14 GB/nap ECMWF: 2 GB/nap 40

41 Számítógép kapacitás az OMSZ-nál A légkört leíró egyenletrendszer (Navier-Stokes egyenletek) megoldása zárt alakban nem írható fel, közelítő megoldásokat kell alkalmazni amely hatalmas számítógépes kapacitást igényel. Az ALADIN modell futtatása kb. 16 milliárd adatot jelent előrejelzésenként 41

43 Az előrejelzés készítése Brandes (1820) első szinoptikus térkép az első európai észlelőhálózat mérései alapján ( Miért van ilyen idő ) Bjerknes (1904) a légköri változások elvileg előrejelezhetők a légköri hidro-termodinamikai egyenletrendszer integrálásával ( Milyen idő lesz? ) Richardson (1922) sikertelen prognózis Neumann a légköri változások előrejelzésének gyakorlati megvalósítása az első elektronikus számítógéppel JELEN: az időjárás előrejelzése a szinoptikus módszer alkalmazásával történik 43

44 Szinoptikus módszer Az aktuális időjárási helyzet komplex analízise (légköri mezők szintézise) a rendelkezésre álló megfigyelési, mérési információk felhasználásával és előrejelzés készítése a szinoptikus elvek és a numerikus modellek segítségével. 44

45 45

46 Az időjárási helyzet analízise 46

47 Az időjárási helyzet analízise 47

48 A légköri mezők szintézise Légköri mezők: a légkör fizikai állapothatározóinak skalár-és vektormezői. A 850 hpa-os nyomási felület hőmérsékleti és geopotenciális magassági térképe (skalármező).( A 850 hpa-os nyomási felület ekvivalens potenciális hőmérsékleti és szél térképe (skalárés vektormező kombinálása).( 48

49 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 csatolnunk kell a nedvességi, de még inkább a magassági hőmérsékleti mezőket és ezeket együttesen kell mérlegelni az analízis és a prognózis készítésénél. Ennél sokkal nyomósabb érv a szintézis mellett az, amikor sűrű köd borítja be a Kárpát-medencét, viszont a nyomási térképen anticiklon analizálható ki, amelyhez köztudottan derült, napsütéses időjárás tartozik. Az alsó 1500 m-es légréteg szél-,nedvességi-, és hőmérsékleti mezőinek csatolása hiányában ez a következtetés igen nagy hibához vezetne az előrejelzésben. 49

50 A szintézist egy kirakós játékhoz hasonlíthatjuk, amelynél össze kell rakni az egyébként kevés információval rendelkező elemeket ahhoz, hogy értelmezhető képet kapjunk. A szinoptikus feladata a numerikus modellek nyers mezőinek szinoptikus elveken történő összerakása és a várható időjárás megfejtése. 50

51 Szinoptikus elvek Cél: a légkör jövőbeli állapotainak, az időjárásnak az előrejelzése. 1.Történelmi egymásra-következés elve A légköri változások folytonosnak tekinthetők, ezért egy jövőbeli állapot függni fog a jelenlegi (az analízis időpontja) állapottól. Tulajdonképpen ez az aktuális időjárás részletes leírása alkalmazva az analízis elveit. Itt az a célunk, hogy minél következetesebben, a fizika törvényszerűségeit alkalmazva feltárjuk a szóban forgó időjárás okait, mint kiindulási helyzetet. 51

52 2. Időjárási tehetetlenség elve Bizonyos időjárási helyzetek tartós fennállása esetén egy-két légköri paraméterre ún.perzisztencia prognózis adható. Ennél a prognózisnál feltételezzük, hogy az adott légköri paraméter (vagy paraméteregyüttes) hasonlóan fog alakulni. Tartós : átlagosan maximum egy hetet jelent egy tartósan fennmaradó téli anticiklonhoz mérve Pl. tartós anticiklonokban az időjárás szinte önmagát ismétli napokig. Téli, ún. hideg légpárnás helyzetekben a tehetetlenségi prognózis sokkal jobb beválást eredményez, mint a numerikus modellek által készített prognózisok!!!!!!!!! 52

53 Ciklonokkal és frontokkal gyakran tarkított időjárási helyzetekben ezt az elvet mellőzni kell. FONTOS: annak megítélése, hogy egy időjárási helyzetben lehet-e alkalmazni ezt az elvet, az függ az előrejelző szakember tapasztalatától és elsődlegesen a numerikus modellek által előrejelzett mezőktől. Ebből következik, hogy a fizikai törvényszerűségeket itt sem mellőzzük, de nagy szerepe van a szinoptikus szubjektivitásának, amely által esetenként a szakember felülbírálja, sőt elveti a modellek által kiadott eredményeket. 53

54 Példák: 3.Kvázi-periodicitás elve Bizonyos légköri paramétereknek, illetve időjárási jelenségeknek jól ismert ritmusossága, esetenként szabályos ismétlődése van. Utóbbi esetben az elv nagyban hasonlít a tehetetlenség elvéhez, azonban ezt az elvet nagyobb általánosságban használhatjuk. hőmérséklet: anticiklonos időjárási helyzetekben megbecsülhető a maximum-és minimum-hőmérséklet időpontja a periodicitás ismeretében. Ezt a szabályosságot a felhőzet és a szél nagyban befolyásolhatja, tehát a numerikus modellek előrejelzett mezői alapján mérlegelni kell az elv alkalmazhatóságát. 54

55 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 55

56 4. Fizikai következtetés elve Az előrejelzés készítésénél mindig követni kell a fizika törvényszerűségeit, azoknak ellentmondó következtetések hibás prognózishoz vezetnek. Derült, szélcsendes időjárási helyzetben viszonylag magas harmatpont 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. 56

57 5.Szinoptikus-klimatológiai ismeretek Az előrejelzésnél figyelembe kell venni az adott térség éghajlati karakterisztikáit (sokéves átlagok, abszolút, országos-és helyi szélső értékek (rekordok)), amelyek egyrészt egy elsődleges becslést adhatnak arra vonatkozóan, hogy az adott térség felett az év adott szakában egyáltalán milyen időjárás alakulhat ki, másrészt pedig az előrejelzés és az éghajlati átlagok tükrében megállapíthatóak az időjárási anomáliák. Megjegyzés: az időjárás általában a meteorológiai paraméterek sokévi átlag körüli ingadozását jelenti, ezért naponta közzé kell tenni az ingadozás mértékét az esetleges klimatológiai vizsgálatok elősegítése érdekében. 57

58 A felsorolt elvek egyenkénti vagy együttes alkalmazásával van lehetősége a szinoptikusnak a numerikus modellek nyers produktumaiból értelmezhető és fizikailag konzisztens prognózisok elkészítésére és nem utolsó sorban a modell eredményeinek felülbírálására. Utóbbi szabja meg a szinoptikus szakemberek fontosságát, nélkülözhetetlenségét remélhetőleg még több évtizedig az időjárás előrejelzésének szakterületén. 58

59 Modell outputok elemzése A szinoptikus előrejelzés 59

60 Modell outputok elemzése 60

61 61

62 A GFS amerikai globális modell (50 km-es rácsfelbontás) ún. ensemble előrejelzési produktuma (fáklyadiagramm) 62

64 Alap előrejelzések 64

65 Alap előrejelzések 65

66 Mezőszerkesztés 66

67 Mezőszerkesztés 67

68 Élet és vagyonvédelem - Veszélyjelzés 68

69 Repülés meteorológia 69

70 Hidrológiai célú előrejelzések 70

71 Hidrológiai célú előrejelzések 71

72 Trajektória előrejelzés katasztrófavédelmi célokra 72

73 Előrejelzési produktumok 73

78 Verifikáció 78

79 Verifikáció 79

80 Verifikáció 80

81 Néhány kapcsolódó weblap (elsősorban modell eredmények térképes megjelenítései vannak, de vannak észlelési adatok is) (ensemble előrejelzések) (frontanalízis és előrejelzés) és egyéb modellek eredményei (a GFS modell finomabb felbontású regionális változata) (szondázási információk) (magyarországi radarfelvételek nagy időbeli felbontással és egyéb közhasznú meteorológiai információk) (az AMET portálja: sűrű észlelések, 36 órás műholdkép hurokfilmje, kifejezetten időjárással és annak tudományával kapcsolatos fórumok) A szinoptikus előrejelzés 81

82 Köszönöm a figyelmet!