Skąd się biorą prognozy pogody i czy można im wierzyć?

Dla wielu z nas znajomość prognozy pogody na jutro jest warunkiem wewnętrznego spokoju. Wiemy jak się ubrać, czy wziąć parasol, jeśli zaplanować wycieczkę rowerową czy też raczej kino. Nie oznacza to jednak wcale, że nie czekają nas niespodzianki – drugą ulubioną rozrywką po oglądaniu „Pogody” bywa narzekanie na pomyłki meteorologów. Ich praca jest zdecydowanie jedną z najbardziej niewdzięcznych, choć tak potrzebnych.

1. Historia meteorologii
2. Dlaczego prognozy pogody są takie ważne?
3. Jak współcześnie przepowiada się prognozę pogody?
4. Dlaczego meteorologowie wciąż popełniają błędy?
5. Największe porażki meteorologiczne w historii
6. Czy prognozom pogody można więc ufać?

Już najwcześniejsze cywilizacje z zacięciem obserwowały zmiany astronomiczne i meteorologiczne, wysnuwając kluczowe wnioski na temat zmienności pór roku. Były one pierwszym krokiem do planowania upraw i zapasów, a tym samym kluczowym warunkiem przetrwania.

Historia meteorologii

W VII w. p.n.e. Babilończycy jako pierwsi pokusili się o krótkoterminowe prognozy pogody w oparciu o chmury widoczne na niebie. W IV w. słynny starogrecki uczony, Arystoteles, napisał wiekopomne dzieło „Meterologica”, w którym zawarł wszystkie zaobserwowane do tamtej pory fenomeny, łącznie z parowaniem wody. Nie wszystkie obserwacje były jednak prawdziwe – wielki filozof nie dopuścił na przykład do siebie myśli, że wiatr jest poruszającym się powietrzem.

Na wielki przełom czekać trzeba było jednak aż dwa tysiące lat! W XVII w. włoski fizyk Evagelista Torricelli wynalazł rtęciowy termometr, a w ciągu kolejnego stulecia jego koledzy po fachu sformułowali podstawowe prawa rządzące ciśnieniem i gęstością gazów. Predykcja zmian pogody okazała się jednak możliwa dopiero w XIX w., dzięki wynalezieniu telegrafu. Przesłanie raportów meteorologicznych z odległych obszarów pozwoliło na tworzenie pierwszych, dziennych map pogody. Ludzie nauczyli się przewidywać burze na podstawie odczytów z barometru, a loty balonem umożliwiły zbieranie danych na temat zmian w atmosferze na wysokości nawet 3 km nad powierzchnią ziemi.

Kolejny wielki przełom przyniosła II Wojna Światowa, a konkretnie wynalazek radaru, który okazał się doskonale wykrywać nie tylko samoloty nieprzyjaciela, ale także krople deszcze. Proces formowania się chmur stał się nagle otwartą książką. O nowoczesnym prognozowaniu pogody można mówić jednak dopiero od 1960 r., kiedy to Stany Zjednoczone wysłały pierwszego meteorologicznego satelitę na orbitę Ziemi.

Dlaczego prognozy pogody są takie ważne?

Statystyczny Kowalski traktuje prognozę pogody głównie jako wskazówkę garderobianą, ogrodniczą czy wakacyjną. Lubimy wiedzieć co nas czeka, a dobre przygotowanie chroni przed zmoknięciem, przemarznięciem czy udarem słonecznym. W skali globalnej meteorologia decyduje jednak często o bezpieczeństwie ludzi i mienia, a także stratach lub zyskach ekonomicznych.

W szczególności prognozy pogody są ważne w rolnictwie, gdzie pomagają planować irygacje, wysiew, ochronę upraw czy zbiory. Prawidłowa decyzja powzięta w czas może przesądzić o urodzaju. Pogoda zasadniczo wpływa również na większość środków transportu – opady deszczu, śniegu, mgła, gołoledź czy burze pozwalają odwoływać rejsy i zmieniać sposób podróży, tak aby było pewniej, szybciej i bezpieczniej.

Ostrzeżenia meteorologiczne odgrywają również kluczową rolę w ostrzeganiu przed ekstremalną pogodą typu burze, huragany, opady deszczu grożące powodziami czy susze, które zwiększają ryzyko pożarów. W rezultacie władze samorządowe czy regionalne mogą podejmować decyzje o ewakuacji czy specjalnych formach ochrony – tym sposobem ratuje się często setki lub tysiące żyć. Systemy ostrzegania pomagają również lepiej zabezpieczać majątek prywatny i publiczny.

Na podstawie prognoz pogody planuje się również działania militarne, akcje ratownicze, ekspedycje naukowe, imprezy sportowe i towarzyskie, itd. I w tym przypadku odpowiednie planowanie może decydować o bezpieczeństwie i opłacalności przedsięwzięć.

Jak współcześnie przepowiada się prognozę pogody?

Dzisiejsi meteorologowie dysponują niezwykle szerokim wachlarzem narzędzi i technologii, które przede wszystkim pomagają gromadzić dane. To jak zmienia się temperatura, ciśnienie, siła wiatru czy wilgotność powietrza dzisiaj i jutro ma bowiem zasadnicze znaczenie predykcyjne. Informacje zebrane na przełomie lat i dekad wykorzystywane są następnie do sporządzania modeli, które są podstawą do prognoz. Obliczeń dokonują superkomputery, które są w stanie porównać miliony różnych scenariuszy i zdecydować, który jest najbardziej prawdopodobny w danym momencie.O stałe dostarczanie danych do modeli dbają stacje meteorologiczne umieszczone dziś we wszystkich zakątkach świata. Tam, gdzie tradycyjne pomiary są niemożliwe, wykorzystuje się satelity pogodowe – nie mają one ograniczeń przestrzennych, ale póki co są mniej precyzyjne. Wartościowych danych dostarczają wspomniane już radary pogodowe, w tym również nowoczesne radary dopplerowskie zdolne do wykrywania pojedynczych kropli w powietrzu. Od lat 90. ubiegłego stulecia do gromadzenia informacji o aktualnym stanie pogody stosuje się również specjalne drony, które działają na pułapie od 100 do 6000 m n.p.m. Wreszcie, w przypadku anomalii takich jak cyklony wykorzystuje się również specjalne samoloty rekonesansowe, które obserwują zmiany w atmosferze z powietrza.

Miliardy danych muszą oczywiście zostać należycie przetworzone. Służą temu skomplikowane algorytmy matematyczne. Wystarczy wprowadzić posiadane z dnia dzisiejszego obserwacje meteorologiczne do wypracowanych na bazie danych historycznych modeli, aby komputer sam wyliczył prawdopodobny rozwój sytuacji. W bardzo krótkim czasie (1-10 minut) porównuje się otrzymaną prognozę z faktyczną zmianą zaobserwowaną w stacjach badawczych i na tej podstawie można przepowiedź pogody dodatkowo sprecyzować. Wyniki obliczeń generowane są zwykle w postaci tabeli, grafów i map. To na ich podstawie przygotowuje się predykcje, które tak chętnie wyszukujemy w telewizji lub internecie.

Paradoksalnie na tym jednak nie kończy się zadanie meteorologów. Uzyskane prognozy trzeba bowiem w odpowiedni sposób przedstawić społeczeństwu, a sposób tej prezencji jest bardzo istotny. Doskonałym przykładem są tutaj huragany nawiedzające południową część Stanów Zjednoczonych – trzeba było rozwinąć specjalny system identyfikacji kategorii burzy oraz wprowadzić łatwe do rozpoznania nazewnictwo, aby nauczyć społeczeństwo prawidłowych reakcji.

Dlaczego meteorologowie wciąż popełniają błędy?

Mogłoby się wydawać, że z takim zapleczem technologicznych i doświadczeniem prognozy pogody powinny być dziś akuratne co do joty. Wszyscy wiemy jednak, że tak nie jest. Owszem predykcje krótkoterminowe, na 1-3 dni do przodu, są dość trafne, ale już dalsze prognozy zaskakująco często zawodzą. Wiemy więc, że uderzy huragan albo napłynie zimna masa arktycznego powietrza, ale nie potrafimy przewidzieć jak będą się kształtować temperatury za dwa tygodnie.

Naukowcy tłumaczą ową omylność… naturą. Najdoskonalsze komputery nie są dziś wciąż bowiem w stanie skalkulować czynnika nieprzewidywalności, który kryje się w atmosferze. Promieniowanie słoneczne częściowo nagrzewa powietrza, częściowo odbija się od chmur. Ciepłe powietrze traci na gęstości, więc unosi się w górę i zmierza ku biegunom. W miarę ochładzania jego wilgotność skrapla się i spada na Ziemię pod postacią deszczu lub śniegu, w zależności od temperatury. A planeta wciąż się toczy, przez co prądy powietrzne również zakręcają. Ich bieg zmieniać też mogą górskie pasma i prądy oceaniczne – wszystko jest nieustannie w ruchu…

W rezultacie w naszej atmosferze panuje ciągły chaos. Najmniejszy, niemożliwy do wykrycia ruch powietrza może pociągnąć za sobą łańcuch zmian, które zawstydzą najdoskonalsze modele matematyczne. A za owe mikroskopijne odchylenia odpowiada często nieświadomie sam człowiek np. emitując do atmosfery większą dawkę zanieczyszczeń. Jedna mała zmiana teraz może spowodować, że zapowiadana burza przyspieszy się lub opóźni o kilka godzin, a na zasadzie efektu motylich skrzydeł prognoza dziesięciodniowa całkiem się zdezaktualizuje.

Największe porażki meteorologiczne w historii

Uważa się, że lepsze zdolności prognostyczne umożliwiły Aliantom w 1944 r. lądowanie na wybrzeżu Francji ku zaskoczeniu Hitlera. Ale meteorologom zdarzyły się już również sromotne porażki, które zaowocowały ogromnymi szkodami. Na 18 marca 1925 r. zapowiedziano w amerykańskim stanie Missouri stabilną, ładną pogodę. Tornado zabiło tego dnia prawie 700 osób i zniszczyło tysiące domów. W 1953 r. europejscy meteorologowie przewidzieli co prawda podwyższenie się poziomu wód w Wielkiej Brytanii i Holandii, ale ponieważ zawiódł system ostrzegania, burza zabiła 2500 osób wzdłuż wybrzeża Morza Północnego.

W styczniu 1967 r. zapowiedź dla Chicago przewidziała kilka centymetrów śniegu. Napadało 60 cm, a całe miasto zostało kompletnie zablokowane – 50 tysięcy aut pozostawiono na ulicach. W 1985 r. amerykańskim meteorologom udało się przepowiedzieć huragan Elena, ale zboczył on z toru o 160 km i dwukrotnie przybrał na sile powodując szkody o wartości 1,3 miliarda dolarów. W 1987 r. w BBC wsławił się Michael Fish, który na antenie oficjalnie zdementował plotki o zbliżającym się huraganie, po czym musiał stawić czoło wiatrom o prędkości 160 km/h, które zabiły 18 osób i przewróciły 15 milionów drzew. Karierę z nieco innego powodu zakończył główny węgierski meteorolog, który w sierpniu 2022 r. przewidział dramatyczne załamanie pogody. Z tego powodu rząd odwołał wielki pokaz fajerwerków, planowany jako największe takie show w Europie. Pogoda spłatała jednak figla i jak na złość pozostała przyjazna.

Czy prognozom pogody można więc ufać?

Przy całym współczesnym rozwoju technologicznym meteorologii wciąż dużo brakuje do nieomylności i na razie nic nie wskazuje, aby miała ją kiedyś osiągnąć. Tym niemniej modele pogodowe, którymi dysponujemy, bardzo precyzyjnie przewidują pogodę na dalszy dzień i są dość akuratne w planowaniu predykcji na 2 kolejne dni. Prognozy dłuższe niż 10-dniowe obarczone są jednak bardzo dużym czynnikiem niepewności i powinny być traktowane wyłącznie orientacyjnie. Przepowiednie na całe lato czy zimę to zaś po prostu próby odgadnięcia przyszłości na bazie przeszłości – mogą się mylić i to dość istotnie!

Bibliografia