Od ludowych przepowiedni po sondy atmosferyczne, czyli historia przewidywania pogody

 

Sztuka prognozowania pogody rozpoczęła się już w pierwszych cywilizacjach, które obserwując nawracające wydarzenia astronomiczne i meteorologiczne, próbowały monitorować sezonowe zmiany pogody.

Około 650 roku p.n.e. Babilończycy próbowali przewidzieć krótkoterminowe zmiany pogody w oparciu o wygląd chmur i zjawiska optyczne takie jak halo. Przez 300 r. p.n.e. chińscy astronomowie opracowali kalendarz, który podzielił rok na 24 festiwale, każdy związany z innym typem pogody.

Około roku 340 p.n.e. Arystoteles napisał dzieło „Meteorologica” – traktat filozoficzny, który zawierał teorie na temat powstawania deszczu, chmur, gradu, wiatru, grzmotów, piorunów i huraganów. Arystotelesowi udało się poczynić pewne niezwykle trafne spostrzeżenia dotyczące pogody, jak również kilka znaczących błędów, mimo to jego czterotomowy tekst był uznawany przez prawie 2000 lat za autorytet w dziedzinie teorii pogody. Chociaż wiele z twierdzeń Arystotelesa było błędnych, nie wiedziano o tym aż do XVII wieku, kiedy wiele z jego pomysłów zostało ostatecznie obalonych.

Przez stulecia podejmowano próby przygotowania prognoz opartych na wiedzy pogodowej i obserwacjach indywidualnych. Jednak pod koniec renesansu, stało się jasne, że spekulacje filozofów naturalnych były niewystarczające i że niezbędna jest większa wiedza do głębszego rozumienia działania atmosfery.

W tym celu konieczne stały się przyrządy do pomiarów różnych właściwości atmosfery, takich jak wilgotności, temperatury i ciśnienia. Pierwszy znany zachodniej cywilizacji projekt higrometru, przyrządu do pomiaru wilgotności powietrza, został opisany przez Mikołaja Kuzy w połowie XV wieku. Galileusz wynalazł pierwszy termometr w 1592, a krótko po nim Evangelista Torricelli opracował barometr do pomiaru ciśnienia atmosferycznego w 1643 roku.

Przyrządy te były dalej dopracowywane między XVII a XIX wiekiem, do tego rozwój technologiczny i teoretyczny przyczyniły się do pogłębienia naszej wiedzy o atmosferze, a naukowcy w różnych lokalizacjach zaczęli tworzyć i zapisywać pomiary atmosferyczne.

Wynalezienie telegrafu i powstanie sieci telegraficznych w połowie XIX wieku umożliwiło przekazywanie obserwacji pogodowych z i do rozproszonych obserwatorów. Korzystając z tych danych, udało się opracować mapy pogodowe i powierzchniowe wzory wiatrowe, a systemy burzowe mogły zostać zidentyfikowane i zbadane.

Obserwacyjne stacje pogodowe zaczęły pojawiać się na całym świecie, doprowadzając w końcu do narodzin synoptyki i prognozowania pogody w 1860, opartych na zestawieniach i analizach wielu pomiarów jednocześnie na dużym obszarze.

Z utworzeniem regionalnych i globalnych sieci obserwacji meteorologicznych w XIX i XX wieku dostępnych stało się coraz więcej danych do prognozowania pogody. Wielki krok w monitorowaniu pogody na dużych wysokościach miało wynalezienie w 1920 roku radiosondy. Małe i lekkie skrzynie wyposażone w instrumenty pomiarów pogodowych i nadajnik radiowy wprowadzano do wysokich partii atmosfery przez wypełniony wodorem lub helem balon, który wznosił się na wysokość około 30 kilometrów przed pęknięciem.

Podczas wynoszenia instrumenty przekazywały dane o temperaturze, wilgotności i ciśnieniu do stacji naziemnej. Tam dane były przetwarzane i udostępniane do przygotowywania map pogodowych lub wprowadzane do modeli komputerowych do przewidywania pogody. Dziś radiosondy są wypuszczane co 12 godzin z setek naziemnych stacji na całym świecie.

W ciągu ostatnich kilku stuleci prawa fizyczne rządzące atmosferą zostały wyrażone poprzez równania matematyczne. Pomysł na numeryczne prognozy pogody – tworzone poprzez rozwiązywanie równań matematycznych, został zaproponowany w 1904 roku przez Norwega Vilhelm Bjerknes i rozwinięty przez brytyjskiego matematyka Lewis Fry Richardsona.

Początki jednak nie były łatwe, pomimo postępów dokonanych przez Richardsona i tak zajęło mu kilka miesięcy samodzielnej pracy, żeby opracować szalenie niedokładną prognozę na zaledwie sześć godzin do przodu dla obszaru Monachium. W rzeczywistości niektóre z przewidzianych przez niego zmian nie mogły wystąpić w warunkach lądowych. Co bardziej dołujące, prognoza na zaledwie sześć godzin nie jest szczególnie przydatna, jeśli jej przygotowanie trwa tydzień.

Nie mniej jednak Richardson zaaferowany swoim „sukcesem” opublikował wyniki w książce wydanej w 1922 roku. Opisywał w niej szczegółowo swoją metodę obliczeniową, która zakładała wykorzystanie 64 tysięcy osób dokonujących jednocześnie obliczeń poszczególnych równań. Wniosek płynący z jego pracy to podkreślenie jak ważne jest dokonanie dużej liczby obliczeń jednocześnie. Tego rodzaju operacje stały się jednak możliwe dopiero pod koniec lat 40. XX wieku, kiedy powstał jeden z pierwszych nowoczesnych komputerów.

Postęp w kierunku bardziej praktycznych metod numerycznych został dokonany przez zespół meteorologów i matematyków w Institute for Advanced Study (IAS) w Princeton. Matematyk John von Neumann kierował budową komputera zastosowanego do przewidywania pogody, przez zespół meteorologów pod kierunkiem Jule Charney’a. Charney ustalił, że niepraktyczność metody Richardsona można przezwyciężyć poprzez zastosowanie nowych komputerów i zmieniając układ równań w celu uproszczenia obliczeń i skupienie się na zjawiskach najbardziej istotnych dla przewidywania ewolucji systemów pogodowych na skalę kontynent.

W kwietniu 1950 roku grupa Charney’a przeprowadziła serię udanych 24-godzinnych prognoz dla całej Ameryki Północnej, a od połowy lat 50. prognozy numeryczne zaczęły być dokonywane na bieżąco, pozwalając na dostarczenie realistycznych prognoz.

Prognozy pogodowe możemy podzielić ze względu na czas, na jaki jej dokonujemy (krótkoterminowe, długoterminowe, wewnątrz lub między sezonowe itp.), czy metody zbierania danych – począwszy od metod tradycyjnych, czyli obserwacji i wiedzy lokalnej przez metody synoptyczne czy numeryczne wykorzystujące do prognozowania dane statystyczne.

Poniżej kilka stron gdzie znaleźć możecie najdokładniejsze prognozy, prezentowane w przystępny i ciekawy sposób:

meteo.pl

Prognoza pogody dla Polski przygotowywana przez ICM (Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego na Uniwersytecie Warszawskim). Meteo.pl publikuje codzienne komentarze synoptyka oraz komunikaty, informacje o zmianach itp.

Wykresy w sposób obrazowy i bardzo dokładny pokazują wszystkie parametry pogodowe, od temperatury, przez ciśnienie, opady, prędkość i kierunek wiatru, aż do wysokości chmur. Korzystanie z nich wymaga odrobiny wprawy, ale jesteśmy zdania, że warto poświęcić chwilę, aby się tego nauczyć.

Strona udostępnia prognozę w trzech modelach:

• UM (długość prognozy 60-72 godzin)
• COAMPS (długość prognozy 84 godziny)
• WAM – prognoza falowania Morza Bałtyckiego (długość prognozy 84 godziny)

Dostępna jest także wersja w widoku mapy.

yr.no

Strona prowadzona przez Norweski Instytut Meteorologiczny udostępnia bardzo dokładną prognozę dla całego świata. Po wybraniu interesującej nas lokacji (niestety w języku angielskim) możemy przeglądać bieżące dane, jak również liczne statystyki.

Burze.dzis.net

Strona na temat zagrożeń pogodowych. Jak można przeczytać w informacji „strona powstała dla użytkowników, którzy szukają rozwiązania, za pomocą którego będą mogli otrzymywać powiadamiania o zagrożeniach pogodowych, takich jak: wyładowania atmosferyczne, trąby powietrzne, silny wiatr, duże opady oraz niskie lub wysokie temperatury powietrza.

Na stronie dostępne są następujące opcje: mapa burzowa dla Polski, Chorwacji, Czech, Holandii, Niemiec, Słowacji, Słowenii, Włoch – na mapie zaznaczone są wyładowania atmosferyczne zarejestrowane na obszarach wymienionych krajów oraz w strefie przygranicznej.”

blitzortung.org

Strona udostępnia informacje o wyładowaniach atmosferycznych i burzach w czasie rzeczywistym.

Dane pochodzą z sieci odbiorników VLF na podstawie czasu przybycia (TOA) i czas przybycia grupy (metoda TOGA). Strona działa dzięki informacjom zbieranym od zespołu operatorów stacji, którzy wysyłają swoje dane do serwerów komputerowych, programistów, którzy tworzą i  wdrażają algorytmy lokalizowania i wizualizują dane.

Nie ma ograniczeń dotyczących członkostwa. Każdy może zostać ochotnikiem i członkiem zespołu i wziąć udział w projekcie. Nie ma żadnych opłat ani żadnej umowy. Jeżeli jesteście zainteresowani, odwiedźcie stronę, żeby dowiedzieć się więcej (niestety tylko w języku angielskim i niemieckim)

earth.nullschool.net

Jeżeli chcecie zobaczyć kierunek i siłę wiatru, polecamy tę stronę. W czasie rzeczywistym pokazuje obraz całej kuli ziemskiej i to, jak obiegają ją wiatry. Mapę można powiększać i dowolnie obracać.

Mapa posiada wiele opcji. Nie tylko pozwala zmienić sposób wyświetlania, ale też zobaczyć informacje na temat wysokości wiatru, cząsteczek i aerozoli zawieszonych w powietrzu, osobno dla lądów i oceanów.