Inspirace

Meteorologie je čistá matematicko-fyzikální věda

Vladimír Duduc
0

Moderní meteorologie dokáže poměrně přesně určit, jak bude během následujících hodin, maximálně dní. Na základě matematických modelů neustále přepočítává aktuálně naměřené údaje z celého světa. Na dlouhodobé předpovědi si ještě budeme muset počkat. Možná se však dočkáme i technologií, které počasí nejen předpovědí, ale dokážou je i řídit.

Britský vědec Lewis Richardson si už před sto lety uvědomil, že pokud atmosféra podléhá fyzikálním zákonům, k předpovídání počasí by se měla dát využít matematika. Vzorce však byly složité a výpočet tak zdlouhavý, že atmosférická fronta přešla dřív, než je meteorologové stihli dokončit.

Až nástup počítačů urychlil složité výpočty. Meteorologové použili Richardsonovy poznatky k vytvoření matematického modelu, respektive soustavy matematických rovnic. Obsahují všechny známé fyzikální zákony, jimiž se řídí počasí. Aby je mohli využívat, museli zemský povrch rozdělit na hustou síť souřadnic a v každé takto vytvořené buňce umístit měřicí stanice.

Počasí nad bitem

V současnosti se využívá souřadnicová síť, jejíž průsečíky jsou od sebe vzdáleny 80 kilometrů. Obsahuje víc než 3 500 stanic po celém světě. Oblast atmosféry nad každým čtvercem se nazývá objemový bit. Zde se v různých nadmořských výškách zaznamenává síla proudění, tlak, teplota a vlhkost vzduchu. Data analyzují počítače a vytvářejí celosvětovou předpověď počasí na nejbližších patnáct minut. Jakmile tuto operaci skončí, ihned začnou zpracovávat předpověď na další čtvrthodinu. Tento proces se opakuje, až dokud postupně nevznikne předpověď na následujících šest dní.

Celá atmosféra v určitém momentu, například ve 12:00 hod, je vyjádřena pomocí několika desítek milionů čísel. Počítač z těchto několika desítek milionů údajů spočítá dalších několik desítek milionů údajů, které předpokládají chování atmosféry ve 12:15 hod, potom ve 12:30 hod a tak dále, až dokud se nedostane k předpovědi stavu atmosféry za několik dní. Z těchto čísel se následně vykreslí mapy, které se dají k dispozici synoptikům zodpovědným za vydávání předpovědi počasí.

Meteorologie se stěhuje i na jiná vesmírná tělesa. Vědci zkoumají exotické atmosféry Marsu, Venuše či Titanu, měsíce Saturnu. Známe i plynové obaly na šesti exoplanetách, které obíhají cizí hvězdy.

Proč ne 100 %?

Z meteorologie se tak stává čistokrevná matematicko-fyzikální věda, která aplikuje matematickou analýzu na termodynamiku plynů. Tvorbě matematických modelů se věnují specialisté, kteří se potlačením náhodných vlivů snaží zdokonalovat výpočty.

Meteorologové v praxi, takzvaní „forecasteři“, následně výsledky matematického modelování interpretují do předpovědí. „Je to podobné jako v medicíně,“ říká český meteorolog Petr Dvořák. „Výzkumníci najdou lék a praktičtí lékaři jej na základě svých zkušeností a znalostí potom předepisují pacientům.“

Podle Britského meteorologického ústavu je v současnosti jednodenní předpověď počasí pravdivá na 86 %. Prognózy Evropského centra pro střednědobou předpověď na pět dní dosahují spolehlivost okolo 80 % – je to víc než začátkem 70. let minulého století při dvoudenní předpovědi.

Proč meteorologie stále nedosahuje stoprocentních výsledků? Povětrnostní systémy jsou velmi složité a všechna potřebná měření se ani nedají získat. V oceánských oblastech nejsou žádné meteorologické bóje, body na souřadnicovém systému se jen občas přesně shodují s umístěním měřicích stanic. Stejně tak i morfologie terénu dokáže způsobit odchylky v předpovědním modelu. Navíc ani dnes ještě neznáme všechny síly, které formují počasí.

Meteorologie blízké budoucnosti

Prohloubit současné vědomosti se vědci pokoušejí na více frontách, velkým pomocníkem je například kosmonautika. Tajemství počasí a jeho vývoje mohou totiž ležet vysoko nad atmosférou, až ve vesmíru. Americký Národní úřad pro oceán a atmosféru nedávno vyslal na oběžnou dráhu satelit Deep Space Climate Observatory. Sonda bude monitorovat sluneční svit, proudění vzduchu a výrony koronální hmoty ze vzdálenosti milion kilometrů a varovat před nebezpečnými povětrnostními jevy. Také agentura NASA si dělá vlastní výzkum „vesmírného počasí“. Projekt „Living with a Star“ si dává za cíl porozumět vztahu mezi Zemí a Sluncem.

Počasí na objednávku? Touha ovládat počasí byla dlouhá desetiletí námětem sci-fi, dnes lidé dokážou na krátký čas řídit počasí aspoň v omezené lokalitě.

Poněvadž přesnost simulace vývoje počasí rychle vzrůstá, objevují se úvahy, že bude možné předpovědi přenechat počítačům. Je to však hudba dost vzdálené budoucnosti. Vědci už dnes zkoušejí i technologie, které umožní přejít od předpovídání k ovlivňování počasí. Aspoň na lokální úrovni. Například Rusko si nachystalo na oslavy 70. výročí skončení II. světové války materiál za 7,5 milionu eur na rozpouštění dešťových mraků nad Moskvou během vojenské přehlídky. Nebylo to poprvé, kdy v Rusku „vyčarovali“ modrou oblohu směsí granulovaného oxidu uhličitého, kapalného dusíku a speciálního cementu. Američtí vědci pracují na podobném pohlcovači atmosférické vlhkosti, který by mohl zamezit vzniku anebo oslabit účinky hurikánů a tropických bouřek.

Deštník to vždy jistí

Dnes umíme předpovídat počasí maximálně na deset dní dopředu. Ale i kdybychom měli dokonalý model, nedokázali bychom předpovídat počasí na víc než tři až čtyři týdny. Procesy v atmosféře jsou příliš složité. Na měsíc dopředu se dá předpovídat jen průměrný charakter počasí, například jestli bude ten či onen měsíc bohatší na sněhové srážky. Nechť nám je útěchou aspoň to, že předpovědi jsou už natolik přesné, že se na ně dá spolehnout. Pokud tedy v televizi aktuálně tvrdí, že bude pršet, raději si ten deštník vezměte.

Foto: Google Art Project, ESA/Meteosat, Wikipedia, NASA, paleofuture.com

Diskuze k článku

Pro přidání komentáře je nutné se přihlásit přes facebook. Přihlásit se

Vaše komentáře

Zatím nebyl přidán žádný příspěvek. Buďte první.

Mohlo by vás zajímat

 
Galerie