Proč předpověď počasí nevychází? Meteorologové jsou v tom nevinně

Autor:
Vtípky na špatnou předpověď počasí patří k nejoblíbenějším tématům společenské konverzace. Asi každý z nás má v zásobě historku o tom, jak se místo sluníčka předčasně vracel z naplánovaného výletu kvůli náhlé sněhové vánici. Je to ale opravdu s předpovědí počasí tak špatné?

Meteorologická stanice v Holešově (7. srpna 2015). | foto: Zdeněk NěmecMAFRA

Málokterý obor přírodních věd má tak nezaslouženě špatnou pověst jako právě meteorologie. Její metody přitom nejsou žádné věštění z kávové sedliny, ale spíše boj s nevyzpytatelnou přírodou s pomocí pokročilé matematiky a drahého přístrojového vybavení. Pokud tedy chceme porozumět tomu, kde se chyby v předpovědích berou, musíme se nejprve podívat na to, jak předpověď počasí vzniká.

Prvním krokem meteorologů při předpovídání počasí na několik dní dopředu je co nejpřesnější popis stavu, ve kterém se zemská atmosféra právě nachází. Mohlo by se zdát, že k tomu stačí dát dohromady dostatek dobrovolníků ve všech koutech světa, kteří v jeden okamžik změří venkovní teplotu, rychlost a směr větru a oznámí, zda neprší či nesněží. V době internetu tedy žádný problém. Ve skutečnosti by nám však tato data sama o sobě příliš kvalitní předpověď neposkytla. Meteorologické jevy ovlivňující budoucí počasí se totiž vyskytují v rámci celé troposféry, která může sahat až do výšky 20 km nad zemí. Z hodnot naměřených blízko u země je proto prakticky nemožné určit, zda se vysoko nad námi právě například neodehrává silná vichřice.

K získání těchto informací meteorologové využívají meteorologické balony, které jsou schopny poskytnout během letu všechna chybějící data o atmosféře až do výšky několika desítek kilometrů. Jejich pravidelné vypouštění je však finančně velmi náročné. Celosvětově se proto tato měření uskutečňují pouze na 600–800 z více než 10 000 existujících pozemních meteorologických stanic. Mnoho důležitých meteorologických jevů se také odehrává uprostřed oceánů, kde měřicí stanice často chybí úplně.

Mapa míst, ze kterých po světě probíhá pravidelné měření podmínek ve stratosféře s pomocí meteorologických balónů

I přesto, že je v dnešní době možné část potřebných dat získat pomocí satelitních měření, je v mnoha případech nakonec nutné hodnoty pro slepá místa na mapě přibližně odhadnout podle jejich okolí. V tomto okamžiku tedy vzniká první z mnoha potenciálně osudových nepřesností, která vám o několik dní později může přinést místo slíbeného slunečného dne celodenní průtrž mračen. Pro předpověď meteorologicky významných jevů, jako jsou například hurikány, bývají proto podmínky panující v jejich okolí dodatečně upřesňovány pomocí průzkumných letadel.

Dalším krokem k získání předpovědi je sestavení matematického modelu atmosféry. Ten s pomocí soustavy takzvaných základních rovnic umožňuje z aktuálních meteorologických dat vypočítat, jak se změny tlaku, teploty a rychlosti proudění vzduchu projeví na změně počasí v budoucnu. Složitost těchto nelineárních diferenciálních rovnic sice neumožňuje jejich přesné vyřešení, ale s využitím výpočetního výkonu superpočítačů je možné pomocí numerických metod získat rozumně přesný odhad vývoje alespoň pro několik nejbližších desítek minut.

Krok za krokem až na zcestí

Pro získání předpovědi na několik dnů dopředu je proto nutné rozdělit dlouhý výpočet do série mnoha krátkých kroků, kdy výsledky výpočtu z jednoho kroku slouží vždy jako počáteční podmínky pro výpočet v kroku následujícím. Tento postup je opakován do té doby, než předpověď dosáhne požadované délky. Vzhledem k chaotickému chování zemské atmosféry však s rostoucím počtem kroků rychle narůstá i množství chyb a i zdánlivě zanedbatelná odchylka v teplotě či tlaku v získaných datech tak učiní jakoukoliv předpověď na dobu delší než 5–6 dnů zcela nepoužitelnou (o tomto tzv. efektu motýlích křídel více v boxu na konci článku).

Při odhadu předpovědi na více dní dopředu se proto meteorologové musí uchýlit k drobnému triku. Místo jedné, velmi přesné simulace uskuteční několik desítek simulací nepřesných, lišících se mírně v počátečních podmínkách. Takto získaná data následně statisticky zpracují a vyjádří ve formě pravděpodobnosti nějakého meteorologického jevu.

Tento postup je možné připodobnit k pouštění papírové loďky po rozvodněné řece. Pokud bychom se snažili předpovědět její budoucí trasu, od určité vzdálenosti se nám to přestane dařit, neboť se loďka zmítaná nahodile vířící vodou vydá pokaždé někam jinam. Pokud ale lodiček vypustíme více najednou, můžeme například vypozorovat, že dvě třetiny z nich vždy proplují mezi druhým a třetím pilířem nedalekého mostu a je tedy velká šance, že tudy proplují i lodičky další.

Graf vysvětluje, proč meteorologové nevytváří „předpověď počasí“, ale de facto celou řadu předpovědí, které mají sice odlišné výsledky, ale obvykle tíhnou k jednomu pravděpodobnému scénáři.

Lokální trable

Ač by se mohlo zdát, že situace meteorologů už o mnoho komplikovanější být nemůže, skutečná výzva na ně čeká teprve při pokusu o předpověď počasí v místních podmínkách. Globální numerické modely jsou pro podrobnou předpověď počasí příliš hrubé a jejich výsledky tak musí být dále upřesněny pomocí různých lokálních modelů (v Česku je to např. ALADIN). Ty v sobě zahrnují bližší informace o dané lokalitě spolu se známou statistickou a klimatologickou historii předchozích pozorování. Každý model má ale i svoje omezení, a tak meteorolog musí při porovnávání více modelů správně odhadnout, kterému výsledků dát přednost. Závěrečný verdikt tak závisí především na jeho zkušenosti a znalostech svého oboru.

Poslední faktor, který v nás často vyvolává dojem nepřesnosti předpovědí, je psychologický. Lidé mají tendenci si pamatovat spíše situace, které jsou spojeny s emocemi. Zapamatujeme si tedy spíše chvíle, kdy nás počasí zaskočí, než ty, kdy je vše v pořádku.

Obecnou a zjednodušenou předpověď pro určitou oblast také máme tendenci vztahovat jen vůči místu, kde se zrovna nacházíme. Pokud tedy meteorolog předpoví s dešťové srážky na Jižní Moravě, mají obyvatelé Brna po celém dni bez mráčku oprávněný pocit, že předpověď zase nevyšla, přestože nad Znojmem vzdáleným pouhých 50 km vzdušnou čarou skutečně vydatně pršelo a předpověď tedy byla korektní.

Efekt motýlích křídel – malé zaokrouhlení, které změnilo vědu

Na počátku roku 1961 se Edward Lorenz, profesor meteorologie na MIT, pokoušel vyvinout jednoduchý počítačový program umožňující co nejvěrněji napodobit chování počasí. Jeho model pro svůj běh vyžadoval zadání několika proměnných popisujících počáteční podmínky atmosféry. Během svých experimentů se Lorenz rozhodl navázat na jeden z dřívějších výpočtů a získat tak chybějící data za delší období.

Vysoká přesnost programu se zadáním hodnot na 6 desetinných míst se pro tento účel zdála být zbytečná a Lorenz se tak pokusil ušetřit trochu času a opsal z podkladů jednu hodnotu zaokrouhlenou z 0,506127 na 0,506. Z počátku vše probíhalo jak má. K jeho velkému překvapení se ale model začal po určité době rychle odklánět od původních výsledků, až nakonec zcela ožil vlastním životem. Podobné věci se občas stávaly a většinou za ně mohla porucha hardwaru. Tentokrát ale bylo vše v počítači v pořádku.

Lorenz byl u vytržení. Nikdo do té doby nečekal, že by takto zanedbatelná změna v počátečních podmínkách mohla naprosto změnit chování celého modelu. Tolik očekávaná možnost předpovědi počasí na měsíce dopředu byla náhle v troskách. Ve své pozdější přednášce Lorenz tento fenomén označil poeticky jako efekt motýlích křídel, která jsou schopna svým pohybem teoreticky rozpoutat tornádo na druhé straně zeměkoule. Chytlavost této myšlenky pomohla zpopularizovat v té době se nově rozvíjející teorii chaosu a seznámit tak veřejnost jejími revolučními důsledky pro současnou vědu i filozofii.

Výsledky slavného Lorenzova modelu: díky na pohled zanedbatelnému rozdílu v počátečních hodnotách se výsledky modelu po jisté době začnou dramaticky rozcházet.

Nejčtenější

Místo, které se zaryje do vašich vzpomínek z dovolené. Rypadlo 1452

Pokud vás mrzí, že jste se nestihli podívat na obří rypadlo přezdívané Březenský drak v Březně na Chomutovsku, které pyrotechnici na začátku června odstřelili, máme tu pro vás tip na výlet. Nedaleko...

KVÍZ: Zodpovězte otázky o vesmíru, sondách a vůbec a můžete vyhrát

Soutěž

K vesmírnému prostoru se od nepaměti upíná pozornost lidí, kteří chtějí poznat jak náš svět funguje a jak toho třeba využít k dalšímu vývoji lidstva. Někomu stačí pouhý pohled na oblohu, jiný sleduje...

V Řecku je jediná zubačka, ale s nejmenším rozchodem na světě

Podívejme se na ozubnicovou železnici s nejmenším rozchodem na světě. Najdeme ji v Řecku, kde je zubačkou jedinou. Budována byla v předposlední dekádě století páry jako důležitý prvek regionální...

Nevyzpytatelné jsou cesty k modelu F-4 Phantom II. Tento vznikl na USS Midway

Soutěž

O tom, že není jen fantom opery, ale i Phantom letadlové lodi USS Midway, nás přesvědčí příběh modelu modeláře Marka Andrejse. Slavný F-4 Phantom II se stal labutí písní jeho modelářské dílny. Více...

Vědci donutili tělo k produkci buněk zabíjejících rakovinu. Léčba bude dostupnější

Premium

Laboratorní produkce buněk pro léčbu nádorových onemocnění označovanou jako CAR T-terapie je náročná, zdlouhavá a drahá. Proto ji nedostávají všichni, kterým by pomohla. Vědci nyní našli způsob, jak...

Letadlo, nebo raketoplán? X-15 se jako první dostala do kosmického prostoru

Experimentálního stroj X-15 se 19. července 1963 jako první ovladatelný stoj podíval do kosmického prostoru. Pilot Joseph A. Walker s ním tehdy překonal mezinárodně uznávanou hranici 100 kilometrů...

19. července 2025

Příběh mého modelu: Letoun F-16CJ odhaluje radar a nabízí modelářské tipy

Soutěž

František Brtinský se s námi podělil o svůj model letounu F-16CJ, kde aplikoval řadu zajímavých doplňků. Jak se mu dílo zdařilo, můžete posoudit sami. Vyzkoušet pak můžete i nabízené modelářské tipy....

19. července 2025

Pozemské detektory zachytily zrod rekordní černé díry. Váží jako 225 Sluncí

Kdesi v hlubokém vesmíru nejspíš došlo k události na samé hranici toho, co ještě povolují přírodní zákony. Zaznamenala ji trojice gravitačních observatoří LIGO-Virgo-Karga. Signál k nám dorazil už...

18. července 2025  9:02,  aktualizováno  9:02

Snící kráska v modrém byla ztracena před 80 lety. Bombardér B-24 Liberator

Soutěž

Důvody, proč modeláře zaujme ten či onen model mohou být různé. Libor Malý postavil bombardér Consolidated B-24 Liberator pro krásný nose art, jenž zdobil originál. Aby zůstal historicky přesný,...

18. července 2025

KVÍZ: Zodpovězte otázky o vesmíru, sondách a vůbec a můžete vyhrát

Soutěž

K vesmírnému prostoru se od nepaměti upíná pozornost lidí, kteří chtějí poznat jak náš svět funguje a jak toho třeba využít k dalšímu vývoji lidstva. Někomu stačí pouhý pohled na oblohu, jiný sleduje...

vydáno 18. července 2025

Příběh tohoto modelu je příběhem žabáka, který neexistoval – Suchoj Su-25 UBK

Soutěž

O tom, že stavba modelu si nemusí klást za cíl ztvárnění reálného stroje, ale nabízí se i cesta do fantazie, vypráví příběh modelu od Jaroslava Háječka. Zajímavou kamufláž přisoudil letounu, na...

17. července 2025  17:16

Před půl stoletím se setkaly na oběžné dráze USA a tehdejší SSSR

V roce 1975, v době vrcholící studené války, se ve vesmíru na palubách kosmických lodí Sojuz a Apollo setkali tři američtí astronauté se sovětskými kosmonauty. Bylo to vůbec první setkání dvou lodí...

17. července 2025  14:37

Rodí se nová hvězdná soustava. Astronomové poprvé zachytili vznik planet

Svět poprvé pozoruje přesný okamžik, kdy se kolem hvězdy mimo Sluneční soustavu začínají formovat planety. Zachytit tento moment se podařilo Mezinárodní skupině vědců. Použili k tomu radioteleskop...

17. července 2025  11:50

V Řecku je jediná zubačka, ale s nejmenším rozchodem na světě

Podívejme se na ozubnicovou železnici s nejmenším rozchodem na světě. Najdeme ji v Řecku, kde je zubačkou jedinou. Budována byla v předposlední dekádě století páry jako důležitý prvek regionální...

17. července 2025

Na prvním jaderném výbuchu se podílel i vědec s českými kořeny

Přesně před 80 lety se uskutečnil první test zbraně, která změnila svět. V rámci projektu Manhattan došlo k pokusnému výbuchu s krycím názvem Trinity, což byl první test jaderné bomby vůbec. Svůj...

16. července 2025  17:12

Akční letáky
Akční letáky

Všechny akční letáky na jednom místě!

Nic divnějšího mít na uších nemůžete. S laděním zvuku pomohla slavná značka

První náhlavní sluchátka společnosti Nothing, nazvaná jednoduše „headphone 1“, si na hlavě s ničím jiným nespletete. A protože vznikla ve spolupráci s britskou značkou KEF, rozhodně jsme si jejich...

16. července 2025

Drony jako letectvo chudých. Jsou dostupné, hodí se teroristům a pašují i kečup

Premium

Malá, ale hlavně levná bezpilotní letadla často zvládnou podobnou práci jako specializované vojenské prostředky za miliony dolarů. Jejich zákaz je nemožný. Slouží totiž i k civilním účelům. Přeměna...

16. července 2025
Nastavte si velikost písma, podle vašich preferencí.