Staš Zgonik

13. 2. 2015  |  Mladina 7  |  Družba

Vremenska odpoved?

Zakaj so napake sestavni del napovedovanja vremena

 Izločanje tovornjakov na primorski avtocesti 6. februarja

Izločanje tovornjakov na primorski avtocesti 6. februarja
© Anže Petkovšek

Prejšnjo sredo so meteorologi na Agenciji za okolje za večji del države razglasili rdeči alarm. Za četrtek in petek je bilo namreč predvideno obilno sneženje. Zapadlo naj bi več kot pol metra snega, na Primorskem naj bi pihala orkanska burja. Vsi smo z nestrpnostjo pričakovali »snežni metež stoletja«, kot so ga napovedale Slovenske novice. DARS je preventivno zaprl avtoceste za tovornjake. Nekatere šole so odpovedale pouk. Ljudje so avtomobile raje pustili doma.

Do petka popoldne je v južni Sloveniji dejansko zapadlo več kot pol metra snega, burja pa je na Primorskem v sunkih presegla hitrost 200 kilometrov na uro. Drugim delom države pa je vreme antiklimaktično prizaneslo. Ciklon, ki je prinašal sneženje, je malenkostno spremenil predvideno smer. Ravno dovolj, da so bili meteorologi spet tarča kritik, češ da ustvarjajo nepotrebno paniko.

A meteorologi imajo izjemno nehvaležen poklic. Napovedovati morajo prihodnost strahotno kompleksnega sistema, ki ima izjemen vpliv na številna področja življenja. Ko pravilno napovedo vreme, to vsi jemljemo kot nekaj samoumevnega. Ko se zmotijo, zmajujemo z glavo. In tega se ne bodo nikoli rešili. Negotovost je sestavni del vremena.

Učinek metulja

Leta 1961 je ameriški meteorolog Edward Lorenz na računalniku na univerzi MIT poganjal preprost meteorološki model. Odločil se je, da je treba eno od simulacij vremenskega dogajanja ponoviti. Namesto da bi jo znova pognal od začetka, pa je začel na sredini, kot začetne pogoje pa je vnesel parametre iz izvorne simulacije. Glede na to, da je bil računalniški model enak, bi morali biti ob enakih vhodnih podatkih tudi rezultati identični. A model je v drugo izračunal povsem drugačen razvoj dogodkov kot pri prvi simulaciji. Lorenz je najprej mislil, da je nekaj narobe z računalnikom. Potem pa je ugotovil, da vhodni podatki pri obeh simulacijah vendarle niso bili enaki. Računalnik je vrednosti računal na šest decimalk, v izpisu vrednosti, ki jih je Lorenz uporabil pri drugi simulaciji, pa je vrednosti zaokrožil na tri decimalke. Razlika med začetnimi vrednostmi je bila minimalna, razlika med končnimi rezultati pa ogromna. Glede na tako veliko občutljivost na začetne pogoje bo brezhibno dolgoročno napovedovanje vremena, se je zavedel v tistem trenutku, vedno le fantazija.

Lorenza, ki je umrl leta 2008, danes označujejo za enega najpomembnejših fizikov v zgodovini in utemeljitelja teorije kaosa. In čeprav večina ljudi še danes ne ve zanj, pa zagotovo pozna njegov »učinek metulja«. Kultni izraz, ki označuje nepredvidljivo soodvisnost, izhaja iz naslova njegovega predavanja iz leta 1972 »Napovedljivost: Ali lahko zamah metulja s krili v Braziliji sproži tornado v Teksasu?«.

Vgrajena omejenost

Meteorologom se bodo napačne napovedi vremena vedno dogajale. A nikakor ne nujno po njihovi krivdi. »Napake v napovedovanju vremena in podobnih nelinearnih sistemov se dogajajo tudi takrat, ko je bil postopek izdelave napovedi izpeljan brezhibno,« pravi dr. Matjaž Ličer z Morske biološke postaje Piran. Vreme je namreč, kot je ugotovil Lorenz, zelo občutljivo na začetne pogoje. Določeni parametri vplivajo sami nase in sami sebe amplificirajo, zato lahko vsaka, še tako malenkostna napaka v oceni začetnih pogojev povzroči eksponentno odstopanje izračunov od realnega scenarija.

Vremenska napoved je danes v veliki meri prepuščena kompleksnim računalniškim modelom.

»Modeli so postali osnovno meteorološko orodje,« pravi dr. Jure Jerman, meteorolog pri Agenciji za okolje. »Včasih smo se prvenstveno zanašali na izkušnje, manj pa na modele, danes pa se prvenstveno zanašamo na modele, nekaj malega pa na izkušnje.«

Meteorologi imajo izjemno nehvaležen poklic. Ko pravilno napovedo vreme, to vsi jemljemo kot nekaj samoumevnega. Ko se zmotijo, zmajujemo z glavo. In tega se ne bodo nikoli rešili.

Modeli, če so še tako dobri, pa imajo svoje šibkosti. »Kot prvo ne poznamo dovolj natančno začetnih pogojev. Kljub vsem meritvam, ki jih imamo, te še vedno niso dovolj goste in so obremenjene z napakami. Kot drugo imajo modeli zaradi omejene računske moči omejeno ločljivost, izračunajo lahko omejeno gostoto točk. Kot tretje pa tudi kakšen matematično-fizikalni opis procesov v samem modelu včasih ni povsem ustrezen,« razlaga Jerman.

Kakovost napovedovanja vremena se seveda izboljšuje. Nekako velja, da se vsakih deset let uporabnost vremenske napovedi podaljša za en dan. A to ne pomeni, da se bo dogajalo v neskončnost. Lorenz je mejo kakršnekoli razumne napovedljivosti postavil pri dveh tednih. »Kakovost napovedi se vsekakor izboljšuje,« pravi Matjaž Ličer, »a predvsem na račun odpravljanja drugih omejitev. Zaradi povečevanja količine in natančnosti meritev vedno boljše poznamo začetno stanje, narašča računalniška moč za obdelavo podatkov, prav tako vedno bolje razumemo fizikalne zakone, ki vladajo atmosferi in oceanom.«

Prav interakcija med morjem in atmosfero je eden od dejavnikov, ki pomembno vpliva na spremenljivost vremena. O dogajanju na morju pa zaradi omejenih podatkov vemo še zelo malo, pa čeprav je vpliv morja za vremensko dogajanje pri nas pogosto ključnega pomena. »Kadarkoli vreme k nam prihaja z jugozahoda, ima morje verjetno pomemben vpliv na vremensko dogajanje nad celinsko Slovenijo,« razlaga Ličer, ki se ukvarja prav z izboljševanjem razumevanja odnosa med morjem in atmosfero. Tudi prejšnji teden je bilo težišče vremenskega dogajanja ravno nad Sredozemskim morjem.

Igra verjetnosti

Zaradi občutljivosti vremenskih modelov na začetne pogoje meteorologi v zadnjem času vse pogosteje uporabljajo tako imenovane ‘ansambelske napovedi’. »To pomeni, da isti model ali celo več različnih modelov poženemo večkrat, pri čemer vsakič malenkostno spremenimo vhodne podatke, tako da kompenziramo morebitne napake v meritvah in v modelu ter zajamemo čim več možnih scenarijev,« razlaga Jure Jerman. Za scenarij, ki se v različnih simulacijah največkrat ponovi, lahko z največjo verjetnostjo trdijo, da se bo tudi uresničil.

Nobena napoved ni stoodstotno verjetna. Napoved je povzetek najverjetnejšega scenarija. Stopnja verjetnosti je pri vremenski napovedi preveč zapostavljen podatek.

Stopnja verjetnosti je pri vremenski napovedi preveč zapostavljen podatek. Nobena napoved ni stoodstotno verjetna. Napoved je povzetek najverjetnejšega scenarija. Vedno obstaja možnost, da se bo zgodilo kaj nepredvidljivega. Verjetno bi morali meteorologi to večkrat poudariti. »Morali se bomo bolj potruditi pri poudarjanju omejene zanesljivosti napovedi,« je priznal direktor ameriške Nacionalne vremenske službe Louis Uccellini, potem ko so ameriški meteorologi konec januarja za New York napovedali snežni vihar, ki ga ni bilo.

Igro verjetnosti je mogoče zelo dobro prikazati na slovenskem snežnem metežu stoletja. »Pri razvoju vremena na območju je bilo ključno, da se je poleg velikega ciklona nad Genovo oblikoval še manjši ciklon nad Jadranom. In ta je mejo močnega sneženja zamaknil za nekaj deset kilometrov,« pojasnjuje Jure Jerman. Za napoved vremenskega dogajanja so uporabili ansambelsko napoved. Izračunali so 50 različnih scenarijev z malenkostnimi variacijami začetnih pogojev. »Izmed 50 scenarijev, ki smo jih izračunali prejšnjo sredo, sta samo dva nakazovala možnost takega razvoja dogodkov. Verjetnost za ta scenarij je bila torej le približno 5-odstotna.«

Ali drugače rečeno: imeli smo srečo.

Zmuzljivi sneg

Zakaj vremenski radar slabše zaznava snežne padavine?

Radarska slika padavin, ki jo na svoji spletni strani ponuja Agencija za okolje, je postala priljubljen pripomoček za predvidevanje kratkoročnega razvoja vremena. Podatki, ki se osvežujejo na deset minut, ponujajo zelo dobro sliko razvoja, gibanja in jakosti padavin v realnem času. ARSO je lani beležil tudi več kot 200.000 obiskov na dan.

A ob snegu se uporabnost radarske slike padavine občutno zmanjša. Na nekem območju lahko zelo močno sneži, pa bo na radarski sliki vseeno videti, kot da gre le za naletavanje posameznih snežink, kot da bi v primeru dežja le rahlo rosilo.

Težava je v tem, da vremenski radar snežinke zaznava slabše od vodnih kapljic. »Radarski odboj od snega je nekajkrat manjši kot odboj od vode,« pojasnjuje Marjan Divjak, na ARSO zadolžen za daljinske atmosferske meritve. Poleg tega so oblaki, iz katerih pada sneg, praviloma nizki. »Pri velikih razdaljah zaradi ukrivljenosti Zemlje tako radar meri le vrhove oblakov ali pa še tega ne. Tako ne izmeri prizemnih padavin, ampak višinske, ki so pa večinoma manjše.«

Treba pa se je še zavedati, da tudi ob zelo močnem sneženju na zemljo pade bistveno manj vode kot ob zelo močnem nalivu. A sneg pač ne odteče.

Pisma bralcev pošljite na naslov pisma@mladina.si. Minimalni pogoj za objavo je podpis z imenom in priimkom ter naslov. Slednji ne bo javno objavljen.