RNDr. Milan Šálek, Ph.D. Amper Meteo milan.salek@email.cz Od prvních pozorování počasí ke dnešním numerickým modelům atmosféry  počasí ◦ okamžitý stav atmosféry  přívlastek: meteorologické, povětrnostní  klima ◦ dlouhodobý režim počasí a jeho změn v časových měřítcích nejméně roky či desítky let  Předpověď počasí - předpověď vyjadřující budoucí stav povětrnostních podmínek (Meteorologický slovník)  Meteorologická předpověď je fyzikální úloha, jejíž cílem je vytvořit nejpravděpodobnější scénář nebo scénáře budoucího vývoje atmosféry v časovém horizontu typicky několika hodin, dnů až týdnů, max. měsíců. Využívá základní zákony klasické fyziky (zákony pohybu, zákony termodynamiky) a řeší je pomocí matematiky, případně s pomocí znalostí chování synoptických objektů (tlakové útvary, fronty, bouřky). U dlouhodobé předpovědi se využívají především klimatické údaje a vazby mezi jednotlivými složkami klimatického systému (např. teplotou povrchu oceánů a průměrnou teplotou v blízké oblasti). Úspěšnost meteorologické předpovědi závisí mj. na charakteristické velikosti (měřítku) jevu či procesu v atmosféře. Čím je daný proces či jev větší, tím větší je využitelný časový předstih předpovědi, který zhruba odpovídá charakteristické délce životního cyklu jevu (srv. cyklony s životností dnů např. s bouřkami, které mají typickou životnost v řádu desítek minut, případně několika hodin). I. Podle období, na které je vydána: 1) Velmi krátkodobá 0-12h, nowcasting 0-2h. - využití numerických modelů, metod dálkové detekce (radary, družice, systémy detekce blesků), koncepčních modelů (vliv "klasické" synoptické metody) 2) Krátkodobá: 1-3 dny (1-2 dny) - dominantní využití numerických modelů I. Podle období, na které je vydána (pokr.): 3) Střednědobá: 3-15 dnů (2-15 dnů) dominantní využití numerických modelů, větší využití poznatků z teorie deterministického chaosu k odhadu pravděpodobnosti jednotlivých scénářů vývoje, rezignace na detaily předpovědi 4) Dlouhodobá měsíční, sezónní – využívá vlivu některých faktorů na dlouhodobý režim počasí (významný je vliv teploty povrchu oceánů, zejména v tropech, a dále vliv obsahu vlhkosti v půdě a tloušťka sněhové pokrývky) I. Podle období, na které je vydána (pokr.): 5) Předpověď klimatu - předpověď dlouhodobého režimu počasí (klimatu) v časovém horizontu typicky roky až staletí, většinou desetiletí (pozor na záměnu s klimatickou předpovědí počasí, tj. předpovědí na základě znalosti klimatu dané oblasti) II. Podle účelu: 1) Všeobecná - určená pro nejširší veřejnost, prezentovaná ve sdělovacích prostředcích 2) Speciální - pro specializované uživatele, jimž se přizpůsobuje obsah i forma předpovědi (předpovědi pro letectví, údržbu silnic, zemědělské práce, stavebnictví, předpovědi pro hydrologické modelování, atd.) III. Podle místa / oblasti: 1) Oblastní (pro administrativně nebo jinak specifikované území) 2) Liniová (traťová) - speciální předpověď zejména pro sféru dopravy - letectví, silnice. 3) Místní - speciální předpověď pro určitou lokalitu (pravděpodobnostní vyjádření) Dnes často předpovědi v mobilních aplikacích Předpoklad úspěšné předpovědi: - nejpodrobnější znalost aktuálního stavu atmosféry - informace z následujících zdrojů: 1) Síť pozemních (oceánských) stanic o počtu kolem 10000: alespoň každé 3 hodiny, nejčastěji každou hodinu zpráva, t.č. SYNOP (přechod na digitální kód BUFR - ?): 11624 11760 79901 10187 20179 39906 40184 57006 60051 72598 87500 333 55044 87656 555 395// = teplota vzduchu tlak na hladinu moře tlaková tendence průběh počasí význačné počasí v termínu pozorování Zápis stavu a průběhu počasí na přízemních povětrnostních mapách druh oblaků nejnižšího patra teplota rosného bodu 11723 11430 82607 10161 20151 39873 40064 51001 60051 79582 88900 333 55044 88933 555 395// = 2) Informace z aerologických měření: 600-800 stanic na Zemi měří výškový profil základních meteorologických prvků (teplota, vlhkost, tlak vzduchu, vítr) alespoň 1x denně Vypouštění sondy 3) Informace získané metodami dálkové detekce (meteorologické družice, meteorologické radary)  meteorologické družice  meteorologické radary  sodary, lidary METEOSAT 8 (od r. 2003; 41.5º E ) METEOSAT 9 (od r. 2006; 3.5º E) METEOSAT 10 (od r. 2012, 9.0º E) METEOSAT 11 (od r. 2015, 0º)  Viditelná ( a blízká infračervená) část spektra (Visible, VIS) ◦ HRV (high resolution visible): ◦ VIS 0.6 ◦ VIS 0.8 ◦ IR 1.6  Spektrum pro odhad obsahu vodní páry (Water Vapour - WV) ◦ WV 6.2 ◦ WV 7.3  Infračervená atmosférická okna (IR Window) ◦ IR 3.8 ◦ IR 8.7 ◦ IR 10.8 ◦ IR 12.0  Pseudo sondáže atmosféry (Pseudo Sounding) ◦ IR 9.7 ◦ IR 13.4 1.6 mm 0.8 mm 0.6 mm Cb -32C FogSt AC Snow Cb -32C FogSt AC Snow Ci MartinSetvák Planckova funkce:   2 5 2 exp 1 hc B T hc kT              5 1 2 exp 1 c B T c T             B T - spektrální hustota elmg. záření vyzářeného za jednotku času jednotkovou plochou povrchu černého tělesa o teplotě T (vyjádřené v K) do jednotkového prostorového úhlu ve vlnové délce λ [µm], pak výsledný rozměr Planckovy funkce je [ W.m-2.sr-1.µm-1 ] c = rychlost světla ve vakuu (2.998x108 m.s-1) h = Planckova konstanta (6.626x10-34 J.s) k = Boltzmannova konstanta (1.381x10-23 J.K-1) c1 = první radiační konstanta (1.191x10-16 W.m2.sr-1) c2 = druhá radiační konstanta (1.439x10-2 m.K) Základní vztahy fyziky záření - Planckův zákon (funkce): 1. kanál 0.58 - 0.68 mikrometru červená oblast spektra 2. kanál 0.725 - 1.1 mikrometru blízké infračervené záření 3. kanál 3.55 - 3.93 mikrometru tepelné záření 4. kanál 10.3 - 11.3 mikrometru tepelné záření 5. kanál 11.5 - 12.5 mikrometru tepelné záření - je zařízení, které vyzařuje směrovou anténou elektromagnetickou energii v krátkých časových pulsech do určité oblasti, přičemž objekty, ležící v dráze radarového paprsku, určitou část energie odrazí zpět. Ze zpoždění přijatého signálu oproti vyslanému a z množství přijaté energie lze získat informaci o poloze a vlastnostech objektu, případně o jeho pohybu. - více typů meteorologických radarů rozličných vlastností Radiolokační odrazivost z lze vypočítat podle radarové rovnice (ve zjednodušeném tvaru) : kde : Pr - přijatý výkon, ΠM- radarová „konstanta“ (meteorologický potenciál radaru), r - vzdálenost cíle. P z r r M  . 2  Dopplerův efekt: využití Dopplerova efektu pro zjištění radiální složky rychlosti větru (tedy v jednom směru - od radaru, k radaru)  využití: zjištění pohybu, případně rotace oblačnosti, eliminace odrazů od pozemních cílů z a Rb  . Z odrazivosti meteorologického cíle z lze vypočítat intenzitu srážek R[mm/h] tzv. Marshall-Palmerovým vztahem: hodnoty a, b jsou vhodně zvolené konstanty, které se mohou lišit v závislosti na předpokládaném rozdělení velikosti kapek. Pro naše podmínky byly zvoleny a=200, b=1,6.  Brdy EEC DSWR-2501C  Skalky (Drahanská vrchovina): Gematronik Meteor 360 AC  (do roku 2000): Praha-Libuš: MRL-5 Stanoviště Brdy-Praha Oblast středníČechy WMOindikativ 11480 Typradaru EECDWSR-2501C Zeměpisnášířka 49,658N Zeměpisnádélka 13,818E Nadmoř.výška 860m Výškaantényn.m. 916m Intervalměření 10min. RADAR Brdy V provozu od r. 2000 Stanoviště SkalkyuProtivanova Oblast středníMorava WMOindikativ 11718 Typradaru GematronikMETEOR 360AC Zeměpisnášířka 49,501N Zeměpisnádélka 16,790E Nadmoř.výška 730m Výškaantényn.m. 767m Intervalměření 10min. RADAR SKALKY V provozu od r. 1995  detekce srážek (oblaků)  zjištění pohybu a vývoje oblačnosti  zjištění struktury oblačnosti  měření větru  velmi krátkodobá předpověď  odhady množství srážek  Pomocí vhodně rozmístěných detekčních čidel se zachycuje elektromagnetické záření, které se vyzařuje při bleskovém výboji  Čidla určí směr, ve kterém došlo k výboji, nebo dobu zachycení signálu synchronizovanou pomoci GPS. Informace z čidel jsou v reálném čase zasílány do zpracovatelského počítače, který je vyhodnotí a určí, zda šlo o blesk, a pokud ano, kde se vyskytl. Většinou je možno určit i typ blesku (mrak-mrak, mrak-země), polaritu a velikost elektrického proudu ve výboji.  Analýza elektromagnetického pole – lze v různých frekvenčních pásmech (VDV, DV, VKV)  1 sensor nebo (většinou) síť senzorů Důležité: čím vyšší frekvence měření (kratší vlnová délka), tím větší citlivost na zakřivení zemského povrchu a orografii !!!  Metoda Time of arrival (TAO)– porovnání přesného času detekce výboje na jednotlivých senzorech – synchronizace pomocí GPS  je třeba detekce alespoň třemi senzory  Účelové stanice dalších organizací (problémy s kvalitou dat)  Údaje z letadel (zprávy AMDAR – Aircraft Meteorological DAta and reporting) 25 50 75 10 20 30 40 50 100 125255075100125 290 mph 600 mph DescentAscent +5min +10min +22min Aircraft Climb Rate: ~1.5kft/min Aircraft Descent Rate: ~1.0kft/min -28min -20min -10min +10min +20min +30min +50min +40min Avg Wind: 60 Kts 600 mph Aircraft Speed Kft Balloon Climb Rate: ~1.0kft/min Distance (NM) Distance (NM) 1 Norská (bergenská) škola - rozvíjená především v první polovině 20. století. - založená na teoretickém rozpracování termodynamiky a hydrodynamiky (aerodynamiky) vzduchových hmot, atmosférických front, tlakových níží a výší a všeobecné cirkulace atmosféry - v současnosti je tato škola stále více nahrazována numerickým modelováním. 2 Numerické modelování (NWP - Numerical Weather Prediction) - dominantní součást tvorby předpovědi počasí na 1-15 dnů - umožněno pokrokem ve výpočetní a telekomunikační technice - podnítilo vznik teorie deterministického chaosu „Technologická linka “ předpovědi s pomocí numerických modelů: 1) Měření stavu atmosféry (600-800 aerologických stanic), zakódování do zpráv TEMP/BUFR apod., další informace z metod dálkové detekce (především z met. družic) a z pozemních měření (SYNOP/BUFR) 2) Pomocí telekomunikačních linek soustředění aerolog. údajů (zprávy TEMP/SYNOP/BUFR) v meteorologických centrech (Offenbach, Reading atd.) „Technologická linka “ předpovědi s pomocí numerických modelů (pokrač.): 3) Výpočet budoucího stavu atmosféry v centrech pomocí NWP modelů na (super)počítačích 4) Rozesílání předpovědí prostřednictvím telekomunikačních linek 5) Zpracování těchto dat pomocí „malé“ výpočetní techniky (PC, popř. prac. stanice UNIX), po doplnění ostatními informacemi (aktuální pozorování, metody dálkové detekce, podnebné charakteristiky) vypracování předpovědi meteorologem.  Od prvních záznamů až k numerickým modelům  První záznam o počasí: ◦ keramika z kultury Tell-halaf (3700-3500 př.n.l.) – obrázek oblaku, ze kterého prší  Věda v našem pojetí – až ve starověkém Řecku ◦ Aristotelés ze Stageiry – kniha Metéorologika  meteóra – věci nadzemské včetně hvězd, meteoritů apod.  ohnivá sféra nad vzdušným obalem  Řecké kulturní dědictví převzali a rozšířili Arabové ◦ zlepšili o nauku o optických jevech, poznali podstatu oběhu vody na zemi ◦ Ibn al-Hajsam (Alhazen) – zakladatel moderní vědecké metody (11. stol., příčinou mj. desetileté domácí vězení)  Evropská meteorologie do 15. stol. v úpadku, moderní vědecké metody až od 17. stol.  Impuls k rozvoji věd o počasí – námořní plavby ◦ První popis větrných systémů: Berndhard(us) Varen(ius) – 1622-1650  První mapa větrů: Edmund Halley (1656-1742) ◦ První meteorologická (klimatická) mapa  Vědecký výzkum v oblasti meteorologie v 17. stol v Itálii: ◦ Galileo Galilei („měř všechno, co je měřitelné, a neměřitelné učiň měřitelným“) ◦ Akademie pokusu (Accademia del Cimento),1657 – Galileovi následníci, krátké trvání  Klasická experimentální termika koncem 17.stol: ◦ Boyle, Marriotte (stlačitelnost plynů, vztah mezi tlakem a objemem)  18. stol.: počátky meteorologických pozorování, mj. i v Rusku (Petr I vydává r. 1722 rozkaz vést meteorolog. pozorování)  Mannheimská meteorologická společnost (Societas Meteorologica Palatina): ◦ 14-39 stanic, měřících od roku 1780 do r. 1792 (včetně Prahy-Klementina) ◦ Z ročenek vznikly posléze první mapy izoterem (A. von Humboldt) a odchylek tlaku vzduchu od normálu (H.W. Brandes)  Začíná studium atmosférické elektřiny, objevují se první pokusy s hromosvody (B. Franklin, P. Diviš, experimenty G.W. Richmanna, teorie M. L. Lomonosova)  Pokračování nauky o termice (Dalton, GayLussac, Clapeyron, Poisson)  Proudění v atmosféře: Pasáty vysvětlil George Hadley, uchylující sílu zemské rotace GaspardGustave de Coriolis  Vliv vzduchoplavby: ◦ měření tlaku vzduchu, teploty a vlhkosti ve výškách ◦ vznik aerologie (nauky o volném ovzduší) ◦ 1902: objev inverze ve výškách kolem 10 km - tropopauzy  Vznik telegrafu: možnost výměny meteorologických informací ◦ 1863 – první synoptická mapa zobrazující počasí ve stejný čas – Francis Galton  Viceadmirál Robert FitzRoy ◦ kapitán HMS Beagle (Ch. Darwin) ◦ 1854 – jmenován „Meteorologickým zástupcem pro obchodní komisi“ ◦ zorganizoval meteorologická měření v přístavech ◦ od roku 1860 publikovány meteorologické předpovědi v listech The Times ◦ Zorganizoval varovnou službu pro loďstvo (spory s majiteli rybářských flotil)  Hermann von Helmholz (1821–1894)  Pokládán za jednoho z „otců zakladatelů moderní meteorologie  Vypracoval teorém cirkulace nestlačitelných tekutin (kapalin)  Kelvin-Helmholzovy vlny  Vilhelm Bjerknes (1862 -1951) ◦ 1904 práce o předpovědi počasí s použitím metod mechaniky a fyziky ◦ Za hlavní úkol a cíl meteorologie považoval početní (numerickou) předpověď počasí ◦ Jeden ze zakladatelů tzv. norské meteorologické školy ◦ Založil mj. teorii vzduchových hmot  V USA měl podobný vliv a názory Cleveland Abbe  Lewis Fry Richardson - počátek 20. stol.  Zjednodušil soustavu tzv. základních rovnic a počítal jejich integraci numerickou (grafickou) metodou ◦ Počítal 6hodinovou předpověď pro určitý termín roku 1910 celkem 10 let, publikace v roce 1922  Výsledky: ◦ předpovídaná tlaková tendence:  145 hPa/6 h ◦ skutečná tlaková tendence:  -1hPa/6 h  Lewis Fry Richardson ,  Čtyři zkušení pracovníci řídícího pultu shromažďují předpověď počasí tak rychle, jak je počítána, a posílají jí potrubní poštou do speciální místnosti. Tady bude kódována a telefonována na rádiovou vysílací stanici  Papíry s výpočty budou uschovány ve sklepních prostorách (archív).  V sousední budově bude oddělení výzkumu, kde se budou vymýšlet zlepšení systému. Ale než jakákoliv změna bude udělána v komplexní rutině výpočetního amfiteátru, bude muset být podrobena řadě experimentů.  Venku budou hřiště, domy, hory a jezera, protože bylo myšleno na ty, kteří předpovídají počasí, aby si jej mohli užívat plnými doušky. Podle R. Brožkové, ČHMÚ  Porušení důležitého vztahu mezi délkou časového a prostorového kroku (kritérium Couranta, Friedrichse a Lewyho, zkráceně CFL kritérium) , - prostorový krok - časový krok - max. rychlost šíření vln v daném prostředí (cca 300 m/s) d d c t t c d t c      1946 – Ústav pokročilých studí v Princetonu ohlásil vývoj počítače s interní pamětí (!) ◦ Vedoucí projektu: John von Neumann ◦ První setkání s meteorology:  Nadšení, ale i skepse vzhledem k publikovanému Richardsonovu pokusu  Zpoždění projektu (i konstrukce vlastního počítače), narůstání skepse  Změna v roce 1948: příjezd Jula Charneyho  Jule Charney ◦ Zjednodušení modelu (barotropní model) ◦ Využití zkušeností Richardsona ◦ Namísto počítače v Princetonu byl využit pomalejší ENIAC  programování ve strojovém kódu  děrná páska  rozlišení 750 km, časový krok 30 minut  ENIAC  Electronic Numerical Integrator And Calculator at the Army's Aberdeen Proving Grounds (na obr. je pouze část). Jeho 19,000 elektronek, 1,500 relé, stovky tisíc odporů, kondenzátorů a dalších součástek spotřebovalo téměř 200 kilowattů el. příkonu  dnešní notebook spotřebuje cca 0,02% jeho příkonu .  Duben 1950 ◦ První numerické předpovědi (mj. k radosti L. F. Richardsona):  Tzv. barotropní model (hustota vzduchu závisí pouze na tlaku)  Předpověď na 24 hodiny trvala… … 24 hodiny… ◦ Pouze předpovědi hladiny 500 hPa (přibližně tlakového pole v 5,5 km)  Nebyly nejpřesnější… … ale aspoň vypadaly jako mapy reálných meteorologických polí  Další rozvoj ◦ Tzv. baroklinní modely (hustota vzduchu závisí na tlaku i teplotě) ◦ Zachycují vývoj tlakových níží ◦ První úspěchy:  předpověď na 6.11.1953 - úspěšná simulace (předpovědi) sněhové bouře v oblasti Washingtonu D.C. ◦ Stále pouze experimenty, rutinně pouze (barotropní) předpovědi hladiny 500 hPa (přibližně tlakového pole v 5,5 km)  Rozvoj numerického modelování od experimentů z 50. let do až do dnešní podoby rutinního používání numerických modelů Vývoj globálních NWP modelů v letech 1950-2000 Vývoj v ČR: MF UK, prof. Brandejs, 50. léta - vypracovaly se první studie týkající se problematiky numerického . modelování (Kibelův model, Sutcliffova vývojová teorie atd.). Na konci 50. a během 60. let se objevily první pokusy o rutinní výpočty, problémem byla omezenost výpočetní techniky (Ural 1 …). V 70-80. letech došlo nejdříve zastavení výpočtů, poté na konci 80. let jejich obnovení - zavedl se model ČHMÚ. Na počátku 90. let se ČSFR a později ČR aktivně zúčastnila vývoje moderního numerického modelu ALADIN.  Dynamické jádro: efektivita a přesnost řešení ◦ Rovnice popisující proudění pro adiabatické procesy: pohybové rovnice (Newtonův zákon zachování hybnosti), termodynamická rovnice (energie), rovnice kontinuity (hmota);  Fyzika: kvalita a fyzikální realismus řešení ◦ Procesy diabatické (hypotézy termodynamiky), ireversibilní, parametrizace nerozlišených procesů;  Spodní okrajová podmínka ◦ Modelování zemského povrchu (půda, jezera, oceán, biosféra) a interakce s atmosférou;  Asimilace pozorovaných dat: počáteční podmínka ◦ Analýza současného stavu atmosféry (tlak, vítr, teplota, vlhkost) a zemského povrchu (teplota moře, sněhová pokrývka, vlhkost a teplota půdy, …) Objektivní analýza, asimilace dat - jako tzv. předběžné pole se používá výstup z předchozího běhu modelu (obvykle výstup 6h, případně 12h starý), do kterého se matematickými technikami zavádějí nově naměřené hodnoty a pole meteorologických veličin se tímto opravuje. - současný trend: asimilace dat mimo standardní pozorovací termíny (např. z letadel, družic s polární drahou atd.) Pohybové rovnice (rovnice impulsu, dynamická část modelu):  v  g - vektor větru - gravitační zrychlení Země   - úhlová rychlost rotace Země - tlak vzduchu  F - síla tření (včetně vnitřního tření) p - hustota vzduchu Rovnice kontinuity        z w y v x u dt d z w y v x u t                 d v v dt t            První věta termodynamická, přepsaná do následujícího tvaru: Tp F dt dT c   T - teplota vzduchu [K] Cp - měrné teplo při konstantním tlaku   dp dt - generalizovaná vertikální rychlost  - měrný objem vzduchu FT - dodaná tepelná energie p RT  Stavová rovnice: R = 287 Jkg-1K-1 - plynová konstanta pro suchý vzduch. Rovnice bilance vodní páry (rovnice kontinuity vodní páry): dQ dt FQ Q - směšovací poměr (hmotnost vodní páry / hmotnost suchého vzduchu) FQ- změna množství vodní páry způsobená výparem nebo kondenzací vody. 2 ( ) ( , ,...) - krátkovlnné záření ( , , , ...) - dlouhovlnné záření - cítěné teplo - latentní teplo ( ) - efekt konvekce T u T SW LW SH LH Conv T t SW f clouds aerosols LW f T q CO GHG SH LH Conv T             pouze numericky: 1) metodou konečných diferencí 2) spektrálními metodami Meteorologické veličiny a jejich změny (derivace) v prostoru jsou vyjádřeny konečnými rozdíly:  proměnné se reprezentují na základě konečného, diskrétního Furierova rozvoje (což způsobuje jistou chybu)  v současné době převažují nad metodami konečných diferencí  U „subgridobých“ procesů 21 21) Downdrafts  Globální modely  Local Area Model - LAM modely, modely na omezené oblasti; okrajové podmínky se přebírají z globálních modelů  V současné době jsou typické tyto série modelů: Globální model na H+0-168 h, LAM model s jemným rozlišením na H+48 h Unified Model UK MetOffice (stav v r. 2016) Main Operational Model Configurations Global UKV Resolution ~17 km in mid- lats 1.5 km inner 4 km outer model size 1536 x 1152 744 x 928 Model Levels 70 70 Forecast length 144 hrs 36 hrs Systém model Německé povětrnostní služby  Mezinárodním týmem byl pod patronací METEO France vyvinut LAM model ALADIN, který se nyní využívá též Českým hydrometeorologickým ústavem  Horizontální rozlišení: 4,7 km (od října 2010)  Počet hladin: 87 Nadmořská výška terénu v modelu ALADIN (rozlišení 9 km, 43 hladiny) Nadmořská výška terénu v modelu ALADIN (rozlišení 4,7 km, 87 hladin)  přímo předpovídané veličiny: ◦ směr a rychlost větru ◦ teplota ◦ přízemní tlak ◦ měrná vlhkost  odvozené veličiny: ◦ geopotenciál ◦ přízemní teplota, vítr a vlhkost ◦ srážky (déšť x sníh, konvektivní x velkoprostorové) ◦ vertikální rychlost  ◦ oblačnost (L, M, H, C) ◦ toky tepla, hybnosti a vlhkosti z parametrizací M. Šálek, ČHMÚ Brno 1997/07/06 234 133 Výpočetní síť Globálního modelu DWD - srážky „velkoprostorové“ se počítají z vertikálních rychlostí a vlhkosti vzduchu „odstraněním“ specifické vlhkosti, která přesáhla určitou kritickou velikost (vlhkost, při které je vzduch nasycen vodní parou). Takto „odstraněná“ voda propadává níže a podle konkrétních podmínek v níže ležících hladinách se vypařuje nebo narůstá a výsledné množství se na zemi počítá jako srážky. - Srážky konvektivní („subgridové“) - počítány pomocí tzv. konvektivní parametrizace, což je schéma, které se snaží zjednodušeněji zachytit velmi komplexní jevy spojené s konvekcí např. přenos vlhkosti, tepla, interakce mezi jednotlivými konvektivními proudy apod. - Se zmenšováním kroku sítě je stále více srážek počítáno explicitně  Rovnice popisující atmosféru jsou nelineární  Edward Lorenz – teorie deterministického chaosu https://www.youtube.com/watch?v=FYE4JKAXSfY  Skupinové (ansámblové) předpovědi (ensemble forecasts)  Opakované výpočty s lehce pozměněnými (perturbovanými) vstupními údaji  Informaci o pravděpodobnosti (spíše věrohodnosti, modelování odhadu chyb) scénářů vývoje počasí  Model (modely) je rozumné počítat pouze na omezenou dobu Na následujících obrázcích uvidíte křivky, které přibližně představují proudnice ve výšce asi 5,5 km nad Evropou. Je to 20 výpočtů, které se na počátku liší o (pseudo)náhodné odchylky odpovídající zhruba chybě vstupní analýzy met. polí Z 50 předpovědí s perturbovanými počátečními podmínkami, počítanými v Evropském středisku pro střednědobou předpověď (ECMWF), je možno odhadnout rozdělení pravděpodobností meteorologických prvků. Následují ukázky těchto předpovědí.  předpověď na 0-12 hodin (nowcasting 0-2 h) - extrapolační předpovědi; Nowcasting pro předpověď srážek je založen na detekci srážkově významné oblačnosti (radarem, družicí) a extrapolaci jejich pohybu pomocí vektoru větru z numerického modelu nebo podle jejich předchozího pohybu - Nyní používaná v mnoha (mobilních) aplikacích problémy: nerovnoměrnost (nelinearita) pohybu význačných oblaků, zejména konvektivních buněk; bouřky mohou vznikat a zanikat velmi rychle.  Model NIMROD (UKMO): Oblačné systémy zjištěné satelity a radary jsou advehovány ("přesouvány") pomocí vektoru větru z numerického modelu nebo extrapolací předchozího pohybu  Problémy: Počáteční fáze vzniku konvektivních systémů. ČHMÚ: JS MeteoView Základem bouřky je lokální výstupný proud (na obrázku bude označen červeně), který „zavede“ teplejší vzduch do větších výšek, kde se ochladí a vydává vláhu. Srážky při svém pádu „strhávají“ a ochlazují vzduch pod sebou a vytvářejí sestupný proud (modře). Ten se může při zemi projevit silnými nárazy větru (húlavou). Na následujících snímcích uvidíte vývoj bouřkového oblaku v oblasti Zlatých Hor (severního okraje Jeseníků); od počátku do plného rozvoje bouřkového oblaku uplynulo pouhých dvacet minut. Obrázky jsou získány z měření meteorologického radiolokátoru Skalky instalovaného na Drahanské vrchovině. Bouřkové buňky byly již dostatečně vyvinuté, jejich prediktabilita vyšší, jejich pohyb se v některých případech odchyloval od řídícího jihozápadního proudění: Meteorologická měření a předpovědi se stávají důležitou součástí hydrologických předpovědí. Hydrologové na základě dalších údajů vytvářejí předpovědi průtoků a vodních stavů. Tyto informace jsou důležité nejen pro hospodaření s vodou, ale též pro výstražnou protipovodňovou službu, za kterou česká hydrometeorologická služba zodpovídá.  Trendem v meteorologii je nyní využívání více informačních zdrojů (např. radar+srážkoměr, radar+systémy detekce blesků apod.)  Automatizace rutinních činností  Rychlá aktualizace údajů, nowcasting  Pravděpodobnostní výstupy Následují obrázky krup ze 30.6.1997 u Žďáru nad Sázavou a jejich následků.  Tornáda jsou atmosférické víry o typickém rozměru několik desítek m až stovek m. Vznikají při silných bouřích v oblastech subtropů a mírných šířek. Nejvíce tornád na km2 je hlášeno z Velké Británie, ale nejsilnější tornáda vznikají v oblasti Spojených států amerických.  Malý (a většinou neškodný) příbuzný tornád je tzv. čertík (=rarášek), což je vír s vertikální osou vznikající za málo oblačné oblohy v jarních, případně letních měsících, kdy se přehřátý vzduch z přízemních vrstev atmosféry „zavrtává“ do horních chladnějších vrstev. Ano, též u nás se tornáda vyskytují, ale naštěstí většinou nejsou příliš silná. Přesto mohou způsobit velké škody, jak ukáží další snímky. První dva snímky se týkají tornáda v Lanžhotě 26.5.1994, další popisují následky tornáda v polesí Teplá (západní Čechy) 21. 7. 1998. Tornádo u Světlé nad Sázavou 31. 5. 2001 Tornádo u Světlé nad Sázavou 31. 5. 2001 31. května 2001 video závěrečné fáze tornáda, savé víry konec dubna 2004 – tři roky „poté“… Tornádo u Brna 20. 7. 2002 Tornádo u Brna 20. 7. 2002 Tornádo 19. dubna 2000 u obce Studnice, okres Vyškov Litovel, 9. 6. 2004 Litovel, 9. 6. 2004 Litovel, 9. 6. 2004 Litovel, 9. 6. 2004 Litovel, 9. 6. 2004 Předpověď tornáda je jeden z nejsložitějších úkolů meteorologie. V praxi se děje pouze u povětrnostní služby USA, která využívá vysoce výkonné dopplerovské radary detekující radiální složky proudění v měřítku stovek metrů. Takto se podařilo detekovat pravděpodobný vznik tornáda a varovat veřejnost v Oklahomě 3.5.1999 20-30 minut před vlastním příchodem ničivého víru. Tornadoes in the United States On May 3rd 1999 an F-5 tornado struck Oklahoma City -2 km wide -500 km/hr doppler measured winds near the surface -42 deaths -7000 homes destroyed Tropické cyklóny Velikost: stovky km Trvání: několik dnů Karibik: hurikán Pacifik: tajfun Vznikají v subtropických mořích při teplotě povrchu oceánu nad 26 st. a ohrožují zejména oblasti Karibského moře a tropického Pacifiku i oblasti Afriky. Indický oceán: cyklon Austrálie: willy-wily