Umenie a veda v predpovedaní počasia

OD DOPISOVATEĽA PREBUĎTE SA! V BRITÁNII

DŇA 15. OKTÓBRA 1987 ZATELEFONOVALA DO JEDNEJ TELEVÍZNEJ STANICE V BRITÁNII ISTÁ ŽENA A OZNÁMILA, ŽE POČULA O BLÍŽIACEJ SA BÚRKE. MODERÁTOR V PREDPOVEDI POČASIA DIVÁKOV UISTIL: „NEROBTE SI STAROSTI. NEPRIBLIŽUJE SA.“ V TÚ NOC VŠAK JUŽNÉ ANGLICKO POCÍTILO SILU BÚRKY, KTORÁ ZNIČILA 15 MILIÓNOV STROMOV, SPÔSOBILA SMRŤ 19 ĽUDÍ A NAPÁCHALA ŠKODY V HODNOTE VYŠE 1,4 MILIARDY AMERICKÝCH DOLÁROV.

MILIÓNY z nás každé ráno zapínajú rádiá a televízory, aby si vypočuli predpoveď počasia. Znamená zamračená obloha dážď? Bude celý deň taký slnečný ako toto ráno? Spôsobí zvýšenie teploty roztápanie snehu a ľadu? Po vypočutí predpovede sa rozhodneme, čo si oblečieme alebo či si vezmeme dáždnik.

Z času na čas sú však predpovede počasia očividne nepresné. Áno, zatiaľ čo sa presnosť predpovedí v posledných rokoch výrazne zlepšila, predpovedanie počasia je fascinujúce spojenie umenia a vedy, ktoré ani zďaleka nie je úplne presné. Čo zahŕňa predpovedanie počasia a nakoľko spoľahlivé sú tieto predpovede? Skôr než si na to odpovieme, preskúmajme, ako sa predpovedanie počasia vyvíjalo.

Meranie počasia

V biblických časoch sa predpovedanie počasia zakladalo najmä na pozorovaní voľným okom. (Matúš 16:2, 3) Dnešní meteorológovia majú k dispozícii rad zložitých prístrojov a pomocou najzákladnejších získavajú údaje o tlaku, teplote a vlhkosti vzduchu i o vetre.

V roku 1643 taliansky fyzik Evangelista Torricelli vynašiel barometer — jednoduchý prístroj na meranie tlaku vzduchu. Čoskoro sa prišlo na to, že so zmenami počasia tlak vzduchu stúpa a klesá, pričom pokles tlaku vzduchu často signalizuje búrku. V roku 1664 bol objavený hygrometer, ktorým sa meria vlhkosť vzduchu. A v roku 1714 nemecký fyzik Daniel Fahrenheit zostrojil ortuťový teplomer. Odvtedy už bolo možné teplotu merať presne.

Asi v roku 1765 francúzsky vedec Antoine-Laurent Lavoisier navrhol, aby sa každý deň robili merania tlaku a vlhkosti vzduchu a rýchlosti i smeru vetra. „So všetkými týmito informáciami,“ vyhlásil, „je takmer vždy možné s primeranou presnosťou predpovedať počasie na jeden alebo dva dni dopredu.“ Žiaľ, ukázalo sa, že to vôbec nie je také ľahké.

Pozorovanie počasia

V roku 1854 sa v prudkej búrke pri pobreží krymského prístavu Balaklava potopila francúzska vojnová loď a 38 obchodných plavidiel. Francúzske úrady požiadali riaditeľa Parížskeho observatória Urbaina-Jeana-Josepha Leverriera, aby to vyšetril. Kontrolou meteorologických záznamov zistil, že búrka vznikla dva dni pred katastrofou  a prehnala sa cez Európu zo severozápadu na juhovýchod. Keby bol fungoval systém na pozorovanie pohybov búrok, tieto plavidlá by boli mohli dostať vopred varovanie. Preto Francúzsko založilo národnú službu varovania pred búrkami. Tak vznikla súčasná meteorológia.

Vedci však potrebovali rýchly spôsob na získavanie údajov o počasí z iných oblastí. A elektrický telegraf, ktorý krátko predtým vynašiel Samuel Morse, bol presne tým, čo potrebovali. To umožnilo Parížskemu observatóriu začať v roku 1863 vydávať prvé synoptické mapy, ako ich poznáme dnes. Od roku 1872 ich vydával aj Britský meteorologický ústav.

Čím viac údajov meteorológovia získavali, tým viac si uvedomovali nesmiernu zložitosť počasia. Aby mohli synoptické mapy poskytovať viac informácií, boli vyvinuté nové techniky zobrazovania. Napríklad izobary sú čiary, ktoré spájajú miesta s rovnakým barometrickým tlakom. Izotermy spájajú miesta, ktoré majú rovnakú teplotu. Na synoptických mapách sú uvedené aj symboly, ktoré ukazujú smer vetra a jeho silu, a tiež čiary, ktoré zobrazujú rozhranie teplých a studených vzduchových hmôt.

Boli vyvinuté aj zložité zariadenia. V súčasnosti stovky meteorologických staníc na celom svete vypúšťajú balóny s rádiosondami — prístrojmi, ktoré merajú atmosférické podmienky a potom o nich vysielajú informácie. Používa sa aj radar. Vďaka tomu, že dažďové kvapky a ľadové čiastočky v oblakoch vychyľujú rádiové vlny, meteorológovia môžu sledovať pohyb búrok.

Krok vpred v presnom pozorovaní počasia nastal vtedy, keď v roku 1960 vyštartovala smerom k oblohe prvá meteorologická družica na svete TIROS I vybavená televíznou kamerou. Dnes meteorologické družice obiehajú okolo zeme od pólu k pólu, kým geostacionárne družice si udržiavajú fixnú polohu nad zemským povrchom a neustále monitorujú tú časť zeme, ktorá je v ich zornom poli. Oba typy družíc zasielajú snímky počasia viditeľného zhora.

Predpovedanie počasia

Jedna vec je presne vedieť, aké počasie je práve teraz, ale niečo celkom iné je predpovedať, aké bude o hodinu, o deň či o týždeň. Keďže atmosféra sa riadi zákonmi fyziky, krátko po druhej svetovej vojne sa britský meteorológ Lewis Richardson domnieval, že by mohol na predpovedanie počasia využiť matematiku. Ale jeho vzorce boli také komplikované a výpočty také náročné na čas, že skôr ako ich mohli meteorológovia  dokončiť, atmosférické fronty boli už dávno preč. Okrem toho Richardson používal údaje o počasí, ktoré sa získavali v šesťhodinových intervaloch. „Čo i len čiastočne presné predpovede si vyžadujú, aby sa merania robili najviac v 30-minútových intervaloch,“ poznamenáva francúzsky meteorológ René Chaboud.

S príchodom počítačov však bolo možné robiť zdĺhavé výpočty rýchlo. Meteorológovia použili Richardsonove výpočty na vytvorenie zložitého číslicového modelu — série matematických rovníc, ktoré obsahujú všetky známe fyzikálne zákony ovplyvňujúce počasie.

Aby meteorológovia využili tieto rovnice, rozdelili zemský povrch na súradnicovú sieť. V súčasnosti sú súradnice siete globálneho modelu, ktorý používa Britský meteorologický ústav, od seba vzdialené asi 80 kilometrov. V atmosfére sa nad každým štvorcom tejto siete zaznamenávajú údaje o atmosférickom vetre, tlaku, teplote i vlhkosti vzduchu, pozorované v 20 jednotlivých hladinách nadmorskej výšky. Počítač analyzuje údaje, ktoré dostáva z meteorologických staníc z celého sveta — je ich viac ako 3500 —, a potom vytvára predpoveď počasia pre celý svet na najbližších 15 minút. Keď ju dokončí, rýchlo vytvára predpoveď na ďalších 15 minút. Mnohonásobným opakovaním tohto procesu môže počítač iba za 15 minút urobiť globálnu predpoveď počasia na šesť dní!

Aby boli predpovede miestneho počasia podrobnejšie a presnejšie, Britský meteorologický ústav využíva model ohraničenej oblasti (Limited Area Model), ktorý pokrýva severný Atlantik a oblasti Európy. V tomto modeli sú súradnice siete umiestnené v 50-kilometrových intervaloch. Existuje aj model, ktorý pokrýva len Britské ostrovy a okolité more. Má 262 384 súradnicových bodov vzdialených od seba 15 kilometrov a 31 hladín vo vertikálnom smere!

Úloha meteorológa

Predpovedanie počasia však nie je čisto vedecká záležitosť. Ako to vyjadruje The World Book Encyclopedia, „vzorce, ktoré počítače používajú, sú len približnými opismi atmosférických javov“. Navyše ešte aj pri presnej predpovedi počasia pre veľkú oblasť sa možno nevezme do úvahy vplyv miestneho terénu na počasie. Preto je nevyhnutná aj istá miera umenia. A tu prichádza rad na meteorológa. Na základe svojich skúseností a úsudku rozhoduje, akú hodnotu pripíše údajom, ktoré dostáva. To mu umožňuje vytvoriť presnejšiu predpoveď.

Napríklad, keď sa vzduch, ktorý sa ochladí nad Severným ľadovým oceánom, presúva nad územie Európy, často sa vytvorí tenká vrstva oblakov. Či to v kontinentálnej časti Európy naznačuje na druhý deň dážď, alebo či sa oblačnosť jednoducho vyparí v slnečnom teple, to závisí od rozdielu teploty len niekoľkých desatín stupňa. Údaje meteorológa spolu s jeho vedomosťami o podobných predchádzajúcich situáciách mu umožňujú dať spoľahlivé rady. Toto spojenie umenia a vedy je na vytváranie presných predpovedí nevyhnutné.

Nakoľko sú spoľahlivé?

Britský meteorologický ústav tvrdí, že v súčasnosti má 86-percentnú presnosť vo svojich predpovediach na najbližších 24 hodín. Päťdňové predpovede z Európskeho centra pre strednodobé prognózy počasia dosahujú 80-percentnú presnosť — sú hodnovernejšie ako predpovede na dva dni na začiatku 70. rokov 20. storočia. Tieto údaje sú pôsobivé, ale k stopercentnosti majú ešte ďaleko. Prečo nie sú predpovede spoľahlivejšie?

Z jednoduchého dôvodu: systémy počasia sú nesmierne komplikované. A nie je možné urobiť všetky merania potrebné na úplne presné predpovede. V rozľahlých oblastiach oceánov nie sú meteorologické bóje, ktoré by pevninovým staniciam vysielali údaje cez  družicu. Body súradníc meteorologických modelov len zriedkavo presne zodpovedajú umiestneniu meteorologických pozorovateľní. Okrem toho vedci ešte stále nerozumejú všetkým prírodným silám, ktoré vplývajú na naše počasie.

No predpovedanie počasia sa neustále zlepšuje. Napríklad až donedávna záviselo hlavne od pozorovania atmosféry. Ale keďže 71 percent zemského povrchu pokrýva oceán, výskumníci teraz sústreďujú pozornosť na spôsob, akým sa energia akumuluje a prenáša z oceánu do vzduchu. Global Ocean Observing System (Globálny systém na pozorovanie oceánu) poskytuje prostredníctvom systému bójí informácie už o miernom zvýšení teploty vody v jednej oblasti, ktorá môže mať výrazný vplyv na počasie niekde veľmi ďaleko. *

Patriarcha Jób dostal otázku: „Kto môže rozumieť vrstvám oblakov, rachotu z [Božieho] prístrešku?“ ​(Jób 36:29) Ešte aj dnes vie človek o utváraní počasia pomerne málo. Napriek tomu sú v súčasnosti predpovede počasia dostatočne presné na to, aby sme ich brali vážne. Inými slovami, keď vám nabudúce moderátor povie, že asi bude pršať, pravdepodobne si budete chcieť vziať dáždnik!

[Poznámka pod čiarou]

[Obrázky na strane 13]

Leverrier

Torricelli

Lavoisier vo svojom laboratóriu

Jeden z prvých sklenených teplomerov

[Pramene ilustrácií]

Fotografie Leverriera, Lavoisiera a Torricelliho: Brown Brothers

Teplomer: © G. Tomsich, Science Source/​Photo Researchers

[Obrázky na strane 15]

K pomôckam meteorológov patria družice, meteorologické balóny a počítače

[Pramene ilustrácií]

Strany 2 a 15: Družica: NOAA/​Department of Commerce; hurikán: NASA photo

Commander John Bortniak, NOAA Corps