13.2. Az időjárás számszerű előrejelzése

A numerikus időjárás-előrejelzés azt jelenti, hogy számítógép segítségével az időjárás jelenlegi állapotából kiindulva megadjuk annak jövőbeni alakulását. A légkört kormányzó fizikai törvények matematikai formába öntve alkotják az előrejelzési modellt. E modell határozza meg az előrejelzési tartományra, pontosabban az abban felvett háromdimenziós rácsra, adott időlépésenként a meteorológiai állapothatározók várható értékeit. A pontos előrejelzés egyik feltétele az lenne, hogy a jelenlegi időjárást a légkör minden egyes pontjában ismerjük. Ehhez képest a légköri állapothatározók értéke csak a meteorológiai állomások környezetében ismert. Mivel az állomások eloszlása nem homogén, ezért a kezdeti értékeket először egymástól azonos távolságra vett pontokra, a modell rácspontjaira kell interpolálni. A rácspontok száma véges, és a légkört leíró bonyolult egyenleteket ezekben a pontokban kell megoldanunk. A rácspontok számát két tényező figyelembe vételével kell meghatároznunk. Egyrészt fontos, hogy a mozgásrendszereket jól nyomon tudjuk követni, másrészt viszont a számítási igény korlátozza a rácspontok számát. Minél több rácspontot használunk, annál pontosabb az előrejelzés, de annál nehezebb a növekvő mennyiségű számítást elvégezni.

Mivel a rácspontok között nem tudjuk pontosan leírni a légkört, ez már magában rejti az előrejelzés bizonytalanságát. A rácspontokra megadott értékekkel jól leírhatók a nagyskálájú folyamatok (ciklonok, anticiklonok stb.), míg a kisebb mozgásrendszerek (pl. egy zivatar) sokszor teljesen „láthatatlanok” maradnak. A közepes méretű, a rácshálózat felbontásával (a rácspontok közti távolsággal) azonos nagyságrendű időjárási képződmények (pl. egy front) gyakran torzulnak. A bizonytalanság csökkenthető, ha növeljük a rácspontok számát, azaz csökkentjük a rácspontok közötti távolságot. Ez azonban az előrejelzési feladat számítási igényének rendkívüli megnövekedését vonja maga után. Éppen ezért a modellszámításokat általában nem az egész légkörre, hanem csak egy részterületre (pl. az Atlanti-Európai térségre) végzik el finom felbontásban, azaz sűrű rácshálózaton. A kis skálájú képződmények azonban még ekkor sem jelennek meg. Ezeket indirekt módon lehet előrejelezni a modellszámítások eredményeit felhasználva, s figyelembe véve a helyi hatásokat. Például, ha nagy a nedvesség a légkör egy adott részén és a vertikális rétegződés nagyon instabil, akkor nagy valószínűséggel számíthatunk zivatarra.

A numerikus időjárás-előrejelzés összetett, folyamatos feladat, ami jó szervezettséget, valamint magas színvonalú tudományos és technikai hátteret igényel. E folyamat főbb lépései a mérés, az adatok asszimilációja, a modellfuttatás és az utófeldolgozás (13.2. ábra). A mérés során a légkör pillanatnyi állapotáról szerzünk információt. Az előrejelzés minőségét döntően befolyásolja a kezdeti állapot ismerete, ezért a méréseket a lehető legpontosabban kell végezni. A felszíni, műholdas és egyéb meteorológiai mérések azonban különböző területekre, esetleg nem is ugyanarra az időpontra állnak rendelkezésre. Ráadásul számos mérési hiba is előfordulhat. Ezért az adatok összegyűjtése után azokat ellenőrizni, rendszerezni kell, majd elő kell állítani a rácspontokra vonatkozó kezdeti értékeket. A mért adatokon kívül ehhez korábbi modellszámítások eredményeit is fölhasználják. A kezdeti állapot meghatározásának előbb leírt folyamata az ún. adatasszimiláció. Ezután elkezdődhet az előrejelzés, vagyis a rácspontokon a hidro-termodinamikai egyenletrendszer közelítő megoldása. Az eredmény az állapothatározók jövőbeni értéke lesz a rácspontokra, amit az utófeldolgozás során térképeken jelenítenek meg, elemeznek, különböző mezőket származtatnak, illetve elkészítik a megrendeléseknek megfelelő előrejelzéseket.

 

Az időjárás előrejelzés folyamatábrája

13.2. ábra: Az időjárás előrejelzés folyamatábrája. A folyamat főbb lépései a mérés, az adatok asszimilációja, a modellfuttatás és az utófeldolgozás.