Numeerinen säänennustaminen
Numeerinen sääennuste on tapa, jolla sääennusteita tehdään. Se tehdään ilmakehän tietokonemallien avulla. Tällaiset mallit kuvaavat nykyisiä sääolosuhteita ja niiden muuttumista ajan myötä yhtälöiden avulla. Tämänhetkisten sääolosuhteiden avulla yhtälöt voidaan ratkaista tai lähestyä, jotta voidaan kertoa, millainen sää on lähitulevaisuudessa. Olennaiset fysikaaliset parametrit, kuten paine, lämpötila, tuulen suunta ja nopeus, otetaan ajan funktiona. Näitä mallinnetaan osittaisdifferentiaaliyhtälöiden järjestelmällä. Kyseessä on dynaaminen järjestelmä, joka ratkaistaan numeerisesti. Suurin osa yhtälöistä on toteutettu FORTRAN-ohjelmalla. Yhtälöt approksimoidaan. Koska laskutoimitusten määrä on valtava, supertietokoneet tekevät ne yleensä, jotta ne saadaan valmiiksi ennen kuin on liian myöhäistä.
Numeerinen sääennuste GFS:n avulla
Perusajatus
Ilmakehä mallinnetaan nesteenä. Numeerisen sääennusteen perusajatuksena on ottaa näyte nesteen tilasta tiettynä ajankohtana. Nestedynamiikan ja termodynamiikan yhtälöitä voidaan sitten käyttää nesteen tilan arvioimiseen jollakin hetkellä tulevaisuudessa.
Paikallinen sääennuste
Tulokset ovat yleensä liian epätarkkoja, jotta niitä voitaisiin käyttää sään ennustamiseen missään paikassa. Tästä syystä meteorologit tarkistavat arvot ja vertaavat niitä historiallisiin tietoihin. Toisin sanoen he käyttävät tietoja apuna sääennusteen laatimisessa.
Model Output Statistics on tilastollinen malli, joka kehitettiin 1960- ja 1970-luvuilla. Se käyttää regressioanalyysia täysin automaattiseen ennusteeseen. Sen avulla historiatiedot analysoidaan automaattisesti. Yksi sen sovelluksista on nimeltään Direct Model Output. MOS käyttää sekä historiatietoja että tilastollista mallintamista. Noin kuutta tuntia pidemmät ennusteet ovat epäluotettavia.
Toinen tunnettu malli on nimeltään Global Forecast System (GFS), jota ylläpitää Yhdysvaltain sääpalvelu NOAA. Se antaa ennusteen neljä kertaa päivässä. Koska tiedot ovat ilmaisia, GFS:ää käytetään usein erityisesti pienemmillä sääasemilla.
Ensembles
Ilmakehä on kaoottinen järjestelmä. Pieni muutos tuloarvoissa ei välttämättä johda pieneen muutokseen tuotoksessa. Tämä johtuu kyseessä olevista nestedynamiikan yhtälöistä. Nämä yhtälöt ratkaistaan tai approksimoidaan kerran havaittujen parametrien avulla. Tämä tehdään vielä useita kertoja parametreilla, jotka perustuvat havaittuihin arvoihin, mutta joita on hieman muutettu. Koska laskentateho on rajallinen, tällaisen mallin "resoluutio" on karkeampi. Kun kaikki laskelmat on tehty, niitä verrataan toisiinsa. Lasketut tulokset, jotka ovat "samanlaisia", osoittavat, että ennuste on suhteellisen hyvä. Joissakin tapauksissa tämä tarkoittaa, että sää voidaan ennustaa tarkasti noin kymmenen päivän ajaksi; toisissa tapauksissa jopa muutaman päivän ennuste voi olla vaikea.
Aiheeseen liittyvät sivut
- Met Office
- Trooppisten syklonien ennustemalli
Kysymyksiä ja vastauksia
Q: Mitä on numeerinen sääennuste?
V: Numeerinen sääennuste on tapa, jolla sääennusteita tehdään ilmakehän tietokonemallien avulla.
K: Miten nämä mallit kuvaavat nykyisiä sääolosuhteita?
V: Nämä mallit kuvaavat nykyisiä sääolosuhteita yhtälöiden avulla, joissa otetaan huomioon sellaiset parametrit kuin paine, lämpötila, tuulen suunta ja nopeus.
K: Miten nämä yhtälöt ratkaistaan?
V: Yhtälöt ratkaistaan numeerisesti dynaamisen osittaisdifferentiaaliyhtälösysteemin avulla.
K: Millä ohjelmointikielellä nämä yhtälöt toteutetaan?
V: Suurin osa yhtälöistä on toteutettu FORTRAN-ohjelmointikielellä.
K: Miksi näiden yhtälöiden ratkaisemiseen käytetään supertietokoneita?
V: Supertietokoneita käytetään, koska laskutoimitusten määrä on valtava ja ne on saatava nopeasti valmiiksi.
K: Mitä fysikaalisia parametreja otetaan huomioon sään mallintamisessa?
V: Sään mallintamisessa otetaan huomioon fysikaaliset parametrit, kuten paine, lämpötila, tuulen suunta ja nopeus.
K: Voiko mallinnus ennustaa sään tarkasti?
V: Vaikka mallinnus ei aina ole täysin tarkka, se on hyödyllinen väline tulevien säämallien ennustamiseen.
