Blog poświęcony popularyzacji badań klimatycznych

Prognozy pogody

piątek, 20 lipca 2012

Ten odcinek będzie o sukcesach europejskiej nauki i organizacji.

Zacznijmy od tego, że numeryczne prognozy pogody są teraz znakomite, postęp w prognozowaniu pogody w ostatniej dekadzie jest olbrzymi,  a najlepszym centrum prognoz na świecie jest ECMWF, czyli Europejskie Centrum Średnioterminowych Prognoz Pogody.  Tego typu postęp sprawdza się  ilościowo przez porównanie prognozy pogody z tym co się naprawdę zdarzyło.  Wszystkie ważne ośrodki prognoz pogody na świecie robią codziennie weryfikacje prognozy i ECMWF jest prawie zawsze najlepsze we wszystkich porównywanych parametrach na całym globie.  ECMWF specjalizuje się w średnioterminowych prognozach pogody, pozostawiając lokalnym ośrodkom meteorologicznym prognozę krótkoterminową (jednak powszechnie wiadomo, że krótkoterminowe prognozy ECMWF są bardzo dobre).  ECMWF jest obiektem zazdrości wszystkich innych ośrodków prognoz pogody na świecie – amerykańskich, kanadyjskich, japońskich.   Operuje podobnie jak CERN (gdzie niedawno odkryto boską cząstkę)  a ma sukcesy zbliżone do tych w CERNie. Szefem  ECMWF jest teraz Alan Thorpe,  który zaczął tam pracować w 2011 roku. Alan jest z pewnością przyjacielem Polski, był promotorem doktoranta z Polski kiedy jeszcze pracował w Uniwersytecie w Reading w Anglii, pamięta dobrze Instytut Geofizyki Uniwersytetu Warszawskiego, który wizytował w przeszłości.  Napisał  mi ostatnio, że
próbował skłonić Polskę do przystąpienia do ECMWF, ale ze względu na kryzys finansowy, Polska nie jest obecnie zainteresowana przestąpieniem do ECMWF. Sukcesy ECMWF  polegają na dużym wspólnym wysiłku organizacyjnym wielu europejskich krajów.  Podczas gdy w USA istnieje silny nacisk na indywidualizm i badania podstawowe,  ECMWF jest przykładem przewagi wspólnych działań w naukach o Ziemi. Sukcesy ECWMF były budowane stopniowo od 1975 roku.  Jednym z nich jest asymilacja danych meteorologicznych, projekt w którym było zaangażowanych wielu matematyków.   Drugim ważnym elementem sukcesu ECMWF jest ośrodek numeryczny (komputery). Dzięki wspólnej polityce ponad 30 krajów w Europie, ECMWF ma środki finansowe  na zakup dużych systemów komputerowych. Dzięki temu rozdzielczość  modeli numerycznych, opartych na pierwszych zasadach fizyki,   przewyższa zazwyczaj inne ośrodki tego typu.  Innym elementem sukcesu ECMWF jest wiara w to, że podstawowe prawa fizyki używane do opisu przepływu powietrza na Ziemi  spowodują, że prognoza będzie lepsza.  Dlatego ECMWF używa w swoich modelach prognostycznych nowatorskie programy (moduły) opisujące procesy fizyczne w atmosferze. Czasami, takie które początkowo były opracowane dla badan klimatycznych. Przykładem są schematy wymiany promieniowania podczerwonego i słonecznego. Z tego samego powodu ECMWF uczestniczy często w dużych projektach badawczych badających bezpośrednio atmosferę dostarczając prognozy numeryczne, które są sprawdzane i wykorzystywane przez zespoły badawcze także spoza ośrodka.  Tu nie chodzi tylko o to czy spadł deszcz lub jaki był wiatr. Tego typu pomiary samolotowe czy na statkach  w atmosferze i w oceanie są sprawdzane z setkami parametrów meteorologicznych jakie przewiduje model prognozy ECMWF – np ze strumieniami ciepła na powierzchni Ziemi. Dla przykładu,  prognozy w atmosferze tropikalnej były używane ostatnio w bardzo dużym projekcie badawczym DYNAMO (zresztą w tym projekcie uczestniczyła też Polska) co pozwoli ECMWF na weryfikację opisu procesów fizycznych w tropikach.   ECMWF dostarcza  także reanalizę danych meteorologicznych, która wykorzystuje modele opracowane w tym ośrodku. Te dane są z wielu lat i ich weryfikacja, poprzez studiowanie klimatu opartego na tych danych,  pozwala na poprawę sposobu w jakim dane meteorologiczne są używane w prognozach. 

Sukcesy w meteorologii  i badaniach klimatu dokonywane są obecnie dzięki akumulacji  środków i wspólnym działaniom. 

http://ecmwf.int/

czwartek, 19 stycznia 2012

Rozwijany jest polski program do pogody i nawigacji morskiej "Naviweather". Szef tej firmy, Jacek Pietraszkiewicz, poprosił mnie, żeby opisać wzory jakie są wykorzystywane do oceny szkwałów; chodziło o  niedawny rejs Romana Paszke, ale sprawa jest bardziej złożona. W czasie rejsów transoceanicznych problem wiatrów, które nie są prognozowane bezpośrednio przez modele globalne pojawia się w kilku sytuacjach - m.in. w strefie konwergencji tropikalnej oraz na frontach. Tam modele numeryczne, nawet mezoskalowe, mają problemy. Zacząłem pisać odpowiedż na tym blogu, ale ten tekst lepiej się nadaje na Wikipedię. M. in. opisuje tam różnego rodzaje szkwały (tarcie, warstwy granicznej, konwekcyjne, linii frontalnych).  Hasło jest napisane trochę "pod żeglarzy". Nawet sam byłem ciekaw niektórych pomysłów, bo pamietam z kursów żeglarskich i z książek o meteo dla żeglarstwa, że wytłumaczenia zachowań szkwałów - tak często obserwowanych na Mazurach - nie zgadzały się z praktyką. Np czytałem, że szkwały na powierzchni wody skręcają zgodnie ze wskazówkami zegara - ale to chyba nie jest tak do końca. To dość typowe w nauce, że różne grupy - np optycy i fizycy atmosfery - mają różne opisy i nie czytają swoich prac.

 

Tutaj jest link

http://pl.wikipedia.org/wiki/Szkwał

 

burza

wtorek, 10 stycznia 2012

W dniu 5 stycznia 2012 o godzinie 19:57UTC na pozycji (50.715S, 64.8961W) Gemini3, jacht Romana Paszke żeglujący na południe w stronę  Cieśniny Drake’a i przylądka Horn.  znalazł się w strefie sztormowych wiatrów, których  maksymalna prędkość wyniosła 57.5 węzłów  z kierunku 197 stopni.  Silne wiatry przyszły w czasie dnia. Tutaj jest opis sytuacji meteorologicznej.

 Gemini 3 wiatr

Rysunek. Prędkość  w węzłach mierzona na jachcie  Gemini3  w dniu 5 stycznia 2012 (copyright Flatau/Janecki).

Wiatry o  prędkości większej niż 40 węzłów  utrzymywały się przez około godzinę pomiędzy 19:30UTC  a 20:34UTC.  Wiatry o prędkości około i powyżej 50kt były obserwowane przez 10 minut  pomiędzy godziną 19:47UTC a 19:59UTC.

Pokazana tutaj mapa pogody oparta jest na analizie danych powierzchniowych z  Centrum Hydrografii Marynarki Wojennej Brazylii, Serwis Meterorologii Morskiej z 5 stycznia 2012 o godzinie 12UTC. Poniżej 50S widoczne są trzy systemy niżowe. W centrum rysunku jest niż (oznaczony literą B) z minimum 964mb z centrum na pozycji (47S, 40W) oraz mniejszy system koło Falklandów z centrum niżu 994mb.   Front chłodny rozciąga się od centrum niżów aż do wybrzeża Argentyny gdzie kończy się na lądzie na (50S, 68W).  Na szerokości 35S (Buenos Aires) widoczny jest wyż koło wybrzeża Argentyny.  Jacht Paszke był pod wpływem niżu pomiędzy Falklandami i Argentyną.

 

 mapa synoptyczna

W czasie rejsu do prognozy pogody używaliśmy m.in. modeli ECMWF, GFS, CMC i modeli mezoskalowych. Prognozę można przeanalizować m.in. na podstawie Antarktycznego Systemu Prognoz Mezoskalowych (ang. Antarctic Mesoscale Prediction System - AMPS).  Model prognozuje wiatry do około 25 węzłów koło Falklandów dla godziny 21UTC. Koło Falklandów model prognozował chmury i opady.

 

 

 amps wiatr

 

Rysunek. Kierunek i prędkość wiatru [m/s]  na powierzchni.  Koło Falklandów prognoza wiatrów nie przekraczała 25 węzłów. Model Antarktycznego Systemu Prognoz Mezoskalowych, siatka Palmer 1-way nest.  Wyniki po 9 godzinach prognozy;  5 styczeń 2012 o godzinie 21UTC, model inicjalizowany dla 5 stycznia 2012, 12UTC.

 

 

 amps pseudosatelita

Rysunek.  Całkowita zawartość wody w kolumnie atmosferycznej oraz prognoza temperatury wierzchołków chmur w podczerwieni („pseudochmury”).  Model Antarktycznego Systemu Prognoz Mezoskalowych, siatka Palmer 1-way nest.  Wyniki po 6 godzinach prognozy;  5 styczeń 2012 o godzinie 18UTC, model inicjalizowany dla 5 stycznia 2012, 12UTC.

 

Meteogram dla pozycji Gemini3 w czasie sztormu na podstawie modelu globalnego modelu prognozy pogody GFS opracowanej przez Narodową Administracje Oceanów i Amosfery (NOAA)  jest przedstawiony na rysunku. Model był incjalizowany na podstawie danych GFS z 5 stycznia 2012 o godzinie 12UTC. Prognoza pogody obejmuje 192 godziny. Maksymalna prędkość wiatru prognozowana na 5 stycznia wynosiła około 30 węzłów z kierunków południowych z możliowsciami szkwałów.   Progozowane ciśnienie wzrasta aż do piątku 6 stycznia, 2012 o godzinie 12UTC.  Na jachcie Gemini3 mierzone ciśnienie atmosferyczne wynosiło 998mb  5 stycznia 2012  o godzinie 12UTC i wzrosło  do  1013 mb 6 stycznia  2012 o godzinie 12UTC. Innymi słowy gradient ciśnienia wynosił 15mb przez 24 godziny i wzrastał w czasie największego wiatru.  Model GFS prognozował wzrost ciśnienia o mnie więcej tę samą wartość co obserwowana na jachcie.

 

 

 meteogram

 

Podsumowanie. Jacht Gemini3 znalazł sie w strefie frontalnej pomiędzy Falklandami i wybrzeżem Ameryki Południowej. Prędkości wiatrów ponad 40 węzłów  - 9 w skali Beauforta - były obserwowane przez około godzinę pomiędzy 19:30UTC  a 20:34UTC. Maksymalne zmierzone wiatry wynosiły przez kilka minut około 57.5 węzła (ok. 106.5km/godzinę,  11 w skali Beauforta).  Wiatry o prędkości około i powyżej 50kt były obserwowane przez 10 minut  pomiędzy godziną 19:47UTC a 19:59UTC. Progozy pogody z modelu wielkoskalowego GFS (z rozdzielczością około 60km)  oraz z modelu  AMPS o większej rozdzielczości (15km), uwzględniającego dodatkowe dane meteorologiczne, były podobne i przewidywały wiatry do 30 węzłów z możliwością szkwałów do 40kt.   Analiza powierzchni 500mb (nie pokazana) pokazuje na przemieszczającą się na wschód zatokę niskiego ciśnienia koło Falklandów, adwekcję wirowości  i związane z tym opady, przemieszczanie się zimnego frontu i możliwość lokalnych burz i silnych wiatrów. Zarówno pomiary na jachcie jak i prognozy wskazują, że silne wiatry wystąpiły podczas rosnącego ciśnienia atmosferycznego o 15mb (hPa) na dzień.  

 

Prognozy pogody wykorzystywane w kierowaniu jachtów w żeglarstwie pełnormorskim przez nawigatorów opierają się na wynikach z modeli globalnych i czasami na modelach mezoskalowych prognoz pogody. Zwłaszcza w okolicach lądów, gdzie są dodakowe dane meteorologiczne i ukształtowanie terenu wypływa na wiatry, prognozy mezoskalowe mają zalety. W odległych rejonach morskich, jak to jest w południowym stożku Ameryki Południowej koło przylądka Horn i Cieśniny Drake’a,  ilość pomiarów meteorologicznych jest ograniczona.  Tutaj używamy Model Antarktycznego Systemu Prognoz Mezoskalowych, który wykorzystuje dodatkowe dane m.in. z pomiarów wiatrów ze śledzenia prędkości chmur i danych z automatycznych stacji pogodowych w Antarktydzie.   Inne modele wykorzystywane operacyjnie do prognozy w czasie sztormu to model Europejskiego Centrum Prognoz Średnioterminowych (ECMWF), model kanadyjski CMC, i model amerykański GFS.

 

Dla ekspertów:

Na stronie sieciowej
htttp://gemini3meteo.wikidot.com
jest więcej informacji na temat materiałów używanych do prognozy w czasie rejsu Gemini3.

 

środa, 04 stycznia 2012

Roman Paszke na swoim jachcie Gemini 3 po wyjściu z obszarów podtropikalnych był pod wpływem bardzo typowego na Półkuli Południowej systemu niżowego, który tworzy się po wschodniej stronie Andów na wysokości około 42S. Żeglarze mówią na to pasmo szerokości geograficznych "ryczące czterdziestki". Niże atmosferyczne można śledzić na kilka sposobów a ich droga na mapie to trajektorie. Na całym świecie są pewne wybrane miejsca gdzie niże się tworzą i umierają. Fachowo mówimy o tym cyklogeneza i cykloliza.

trajektorie niżów

Na rysunku są zaznaczone wszystkie niże, obserwowane przez kilkanaście lat, ale tylko z obszaru po wschodniej stronie Andów koło 42S.  Widać obszar cyklogenezy po wschodniej stronie Andów. Przepływ nad górami wiru (niż jest wirem) powoduje efekt podobny do tego co robi łyżwiarz na lodzie wirując. Rozkładając ramiona zmniejsza wirowanie,  a składając je do siebie zwiększa szybkość obrotów. Podobnie oddziałują góry na niże. Niże „rozkładając ręce” nad górami, bo kolumna atmosfery się „spłaszcza” i „składają ręce” po wschodniej części gór bo kolumna atmosfery jest po tej stronie dłuższa. Przy okazji przechodzenia przez góry pada deszcz – dlatego zawsze wschodnie stoki Andów są deszczowe a po wschodniej stronie jest sucho (myśl stepy Patagonii). Cykloliza tych systemów zachodzi na Atlantyku w kierunku Afryki na południe od Przylądka Dobrej Nadziei oraz przy wybrzeżach Antarktydy (na środku rysunku). Długość trajektorii definiuje okres istnienia cyklonu, natomiast kolor określa intensywność.

Niże się śledzi na podstawie modeli numerycznych pogody lub danych z analizy pomiarów meteorologicznych. Poniżej jest wczorajsza prognoza wszystkich trajektorii na Południowej Półkuli. Kropkami zaznaczone są godziny 0 i 12 (samo południe w Greenwich), a krzyżykami 6 i 18. Na początku każdej trajektorii jest opisane kiedy się ten niż zaczyna. Prognozy na więcej niż 5 dni są obarczone dużym błędem dlatego prognozy trajektorii czasami się nazywa "wykresem spaghetti". Dla zespołu nawigacyjnego grupy Paszke jest istotne, żeby okno pomiędzy przejściem niżów w Cieśninie Drake’a pomiędzy Ameryką Południową i Przylądkiem Antarktydy wynosiło około 2-3 dni. Dlatego patrzymy się m.in. na trajektorie. Widać, że niże przechodzące koło Przylądka Horn mają swoją cyklogenezę na Pacyfiku.

 trajektorie niże

Dla ekspertów

1. Pierwszy rysunek jest z 2005 roku "A New Perspective on Southern Hemisphere Storm Tracks", B. J. Hoskins, K. I. Hodges, J. Climate, 18, 4108

2. Rysunek drugi jest ze strony prognozy trajektorii cyklonów tropikalnych i niżów http://www.emc.ncep.noaa.gov/mmb/gplou/emchurr/glblgen/

3. Mezoskalowe systemy wirowe powstają też blisko brzegu lodu koło Antraktydy i czasami nie są identyfikowane przez modele globalne. Są dostępne dzienne przebiegi modelu mezoskalowego WRF w obszarze Antarktydy  (patrz link na stronie http://gemini3meteo.wikidot.com)

piątek, 30 grudnia 2011

Roman Paszke jest teraz (12/30/2011 o godzinie 00GMT), około 1500 mil od Hornu. Tak, że dziś będzie o prognozach pogody dla żeglarzy i jak to robi nasz zespół.

Istnieje kilka niezależnych modeli prognoz pogody w skali globu, dla przykładu: Model Europejskiego Centrum Prognoz Średnioterminowych (ECMWF), model Marynarki Wojennej USA (NOGAPS), model Narodowej Administracji Oceanów i Atmosfery (GFS), czy model kanadyjski (CMC). Nasza grupa, zajmująca się prognozą dla Paszke, ma dostęp do tych danych. Modele wielkoskalowe prognozują pogodę do 14 dni, z tym że prognozy powyżej tygodnia obarczone są dużym błędem.  Globalne prognozy zależą od pomiarów pogody na całym świecie w określonym czasie. Mówimy o takich pomiarach synoptyczne, bo po grecku „syn” oznacza razem, a „opsis” oznacza „ogląd”. Czyli „ogląd w tym samym czasie”. Wyniki są przedstawiane co około 30-60km na całym świecie i przesyłane są z centrów prognoz zazwyczaj 2-4 razy dziennie. My patrzymy na m.in. prędkość i kierunek wiatru na 10m nad powierzchnią Ziemi, ciśnienie na powierzchni Ziemi, opad deszczu, wysokość i kierunek fal. Modele przewidują falowanie na podstawie m.in. prędkości wiatru, jeden z tych modeli to Wavewatch III.  W niektórych odcinkach trasy mamy dostęp do tzw. modeli mezoskalowych, które prognozują z większą rozdzielczością przestrzenną, np na siatce punktów na Ziemi rozmieszczonych co 10km. Dzięki temu można uwzględnić efekty lokalne, takie jak góry. Dla przylądka Horn, Cieśniny Drake'a, Brazylijska Marynarka Wojenna umożliwia dostęp na sieci do wyników z modelu mezoskalowego HRM. Wyniki z modeli rozprowadzane są w różnych formach. M.in. dostępne są dane w formacie GRIB opracowanym przez Światową Organizację Meteorologiczną.

Ważnym elementem jest wyświetlanie danych. Robi się to za pomocą programów do wyświetlania graficznego danych GRIB połączonych z możliwościami wybierania najlepszej drogi, nakładania map czy tez nakładania kilku pół meteorologicznych i oceanograficznych na siebie. Można robić filmy zmian pogody i znając możliwości jachtu starać się wybrać odpowiednią trasę i strategię.

 

Przed trudnym zadaniem żeglarsko-meteorologicznym określa się podstawowe założenia. Dla przykładu w przypadku jachtu Gemini 3, dla przejścia Hornu chcielibyśmy mieć wiatry poniżej 35 węzłów w Cieśninie Drake'a przez około dwa dni, chcemy być daleko od strefy lodów ze względu na możliwość zderzenia z „growlerami” (fragmentami lodu). Chcielibyśmy mieć wiatry spoza kierunków zachodnich z pewną składową z północy, przynajmniej na wschodnim odcinku Cieśniny Drake'a.

Dla ekspertów:

1. Dla rejsu Paszke jachtem Gemini3 część linków jest gromadzona na stronie
http://gemini3meteo.wikidot.com/

2. Jest teraz kilka dobry wyświetlarek danych w formacie GRIB. Jedną z nich jest „naviweather” opracowana przez polską firmę z Bolesławca. Inne linki są na stronie http://gemini3meteo.wikidot.com/routing 

czwartek, 27 października 2011

Dostałem email od Roberta Janeckiego, że jacht Romana Paszke jest gotowy do rejsu i że Paszke może wypłynie z Lorient pod koniec listopada lub na początku grudnia na rejs dookoła świata. Nawigację będziemy robić z Polski i z USA; ale jeżeli ten blog czyta jakiś dobry synoptyk to proszę do mnie napisać.

Tymczasem bloguję o meteorologii w żeglarstwie solo przez oceany. Pisze na podstawie artykułu jaki dziś skończyłem na Wikipedii. Optymizację trasy przeprowadza się obliczając linie stałego czasu (izochrony) i znajdując minimalny czas.  Wykorzytywane są do tego specjalne programy  - m.in. MaxSea, RayTech, czy Expedition. Programy wykorzystują  globalne modele falowania, dane satelitarne, prognozy pogody. Większość danych cyfrowych używanych w jachtowej nawigacji meteorologicznej przesyłanych jest na jacht w postaci zbiorów w formacie GRIB. Inne czynniki meteorologiczne i oceaniczne istotne w regatach transoceanicznych to temperatura powierzchni oceanu a zwłaszcza różnica temperatury pomiędzy oceanem i atmosferą, które wpływają na strumienie ciepła z oceanu i rozwój lokalnej konwekcji w czasie dnia w tropikach. W obszarach biegunowych istotną rolę odgrywa znajomość położenia lodu dryfującego i lodowców. Nawigator i metorolog mogą przesyłać informację na jacht za pomocą połączenia satelitarnego.

Roman Paszke Gemini III na wdozie

Gemini III na wodzie. Paszke chce opłynąć świat ze wschodu na zachód. Jego strona sieciowa 
http://www.paszke360.com/będzie gotowa za jakieś 2 tygodnie.

 

Poniżej trochę linków dla żeglarzy, którzy chcą opłynąć świat.

Programy do nawigacji (optymalizacja drogi):
http://www.tidetech.org/  Prądy, stan morza
http://www.predictwind.com/ Routing (pierwszy bezpłatny serwis)

Stan oceanu:
http://sst.jpl.nasa.gov/SST/  Temperatura
http://www.scp.byu.edu/current_icebergs.html Lód

wtorek, 14 września 2010

Dziś byłem na seminarium o wiązkach, czyli o tym jak zbadać klimat za pomocą wielu modeli. Pokłóciłem się na koniec z  prelegentem bo mnie te wiązki denerwują, ale skoro to przyszłośc to warto je opisać.

Zacznijmy od prognozy pogody. Każdy wie, że prognozy pogody, zwłaszcza w Anglii, Francji, Niemczech, Polsce, Rosji, Kanadzie i innych krajach czasami się nie sprawdzają. Dlatego wiele lat temu Europejskie Centrum Prognoz Średnioterminowych zdecydowało prognozować pogodę za pomocą nie jednego przebiegu modelu, ale za pomocą kilku. Używa przy tym podobnych, ale nie identycznych, warunków początkowych. Na całym świecie w tym samym czasie dokonuje się jednocześnie pomiarów. Te początkowe pomiary się nieco zaburza. Z początku prognoza jest bardzo podobna, ale po kilku dniach jest inna. Tak jak  bukiety, które są związane, z początku wychodzą z jednego miejsca, a na końcu  rozchodzą się (patrz rysunek).  Prognozy pogody oparte na wiązkach dają prognozę statystyczną. Jest w tym pewna myśl przewodnia i ład dlatego bo pomiary są najczęściej obarczone błędem. W metodzie wiązek czasami pada, a czasami nie pada, wtedy prognoza jest w stylu "będzie padał deszcz na 80%, albo będzie świeciło słoneczko na 20%".   Istnieją warianty. Zaburzać można fizykę modelu a nie warunki początkowe. Dla przykładu, możemy zmienić opis tego jak powstają w modelu chmury (fachowo mówimy o „parametryzacji konwekcji”). Ta metoda nazywa się "stochastyczną fizyką". Jest też  "metoda wiązek dla ubogich". W tej metodzie wykorzystuje się prognozę z kilku różnych modeli, których wyniki się uśrednia. Wydaje się to absurdalne, ale najlepsza prognoza rozwoju i propagacji cyklonów tropikalnych jest oparta obecnie na właśnie takim podejściu.

Na czym polegają wiązki w badaniach klimatu? Z początku chodziło o to, żeby sprawdzić wiarygodność scenariuszy klimatycznych. Scenariusze polegają na założeniu różnych wartości koncentracji dwutlenku węgla i przewidywaniu klimatu za pomocą modeli numerycznych liczonych na komputerach. Ponieważ było kilka modeli to zaczęto je porównywać ze sobą i sprawdzać, czy te same scenariusze dają podobne prognozy globalnego ocieplenia. Ale obecnie zaczyna się prognozować klimat specjalnie za pomocą wiązek.  Chodzi o to, żeby jak w prognozie pogody, znaleźć probablistyczną ocenę zmian klimatu. To jest ważne zwłaszcza dla oceny ekstremalnych warunków, dla przykładu ile lat może (statystycznie) potrwać susza.

Na zdjęciu jest wiązka prognoz możliwych torów cyklonu tropikalnego na Pacyfiku z 14 września 2010 (niebieskie krzywe).  Wygląda jak bukiet kwiatów.

 

PS Słowo  "wiązki" nierozłącznie kojarzę ze snopami i podwiązkami a dokładniej z książką profesora Krzysztofa Maurina
http://pl.wikipedia.org/wiki/Krzysztof_Maurin

"Analiza. Cz. II. – Ogólne struktury, funkcje algebraiczne, całkowanie, analiza tensorowa", którą katowani byli fizycy teoretycy z UW na Hożej. O ile pamiętam  w drugiej części "Analizy"  jest rozdział „Snopy, wiązki i podwiązki” lub cos w tym stylu.

PS2. Też o wiązkach:

Bukiety wiejskie, jak wiadomo,
Wiązane były wzwyż i stromo.
W barwach podobne do ołtarza,
Kształt serca miały lub wachlarza...

Ja nie o wiechciach z byle chwastu,
Stawianych na werandzie na stół,
Nie o wiązankach z kwiatów polnych...

Ja o bukietach z kunsztem, ładem,
Z przewodnią myślą i układem.

czwartek, 10 czerwca 2010

Dziś prosty kawałek. Jak zostać biurem prognoz pogody dla żeglarzy regatowych, którzy podróżują w rózne miejsca Świata? Popatrzymy na trzy wybrane przykłady. Jednym jest słynna na wybrzeżu Willa Augustyna, gdzie można znaleźć prognozę wiatru, temperatury, zachmurzenia i opadu którą Andrzej Jóżwik pobiera z amerykańskiego narodowego serwisu meteorologicznego NCEP/NOAA
http://augustyna.pl/prognozy/jastarnia.php

Pan Andrzej ma też wiatromierz i kamerę, z której można ogladać przez cały rok zdjęcia. Kamera nazywa się malowniczo  “Widok na Zatokę Pucką z okien OW Augustyna w Jastarni na Półwyspie Helskim” i działa już 11 lat. Najfajniesze zdjęcia są po sezonie w zimie.
http://augustyna.pl/widok.php

Czasami dane pogodowe z jego serwisu używane są w zawodach deskarzy. 

Najbardziej znanym serwisem dla żeglarzy w Europie jest Windguru (zdradzę tajemnicę, że jest używany przez polska kadrę żeglarską)
http://www.windguru.cz/int/

Działa w Czechach. p. Vaclav także pobiera dane z narodowego centrum prognoz w USA, z modelu, który ma rozdzielczośc 50km. Innymi słowy prognozuje pogodę dla Warszawy a następnym punktem może być np Łódź. Natomiast nie daje dokładnej prognozy w skali poszczególnych dzielnic. Prognoza jest na 180 godzin i jest uaktualniana  4 razy dziennie. p. Vaclav wykorzystuje także model o lepszej rozdzielczości przestrzennej niż model z narodowego centrum prognoz w USA.  Te wyniki są udostępniane z rozdzielczością przestrzenną  9 kilometrów.  Model jest też amerykański i nazywa się WRF (wymawiaj „łorf”). Podobna prognozę w San Francisco można znależć na stronie
http://www.windfinder.com/forecast/san_francisco

używają jej wszyscy deskarze w Zatoce San Francisco i kiedyś używałem jej do prognoz na Mistrzostwach Świata w klasie 470.  Ten serwis różni się nieco od dwóch o jakich pisałem, że firma ma lokalne pomiary i uwzględnia je w modelu prognozy.

Dlaczego w Polsce, Europie, Stanach amatorzy używają amerykańskich danych pogodowych i amerykańskich modeli numerycznych?  Pisałem już o tym z okazji danych klimatycznych, ale napiszę jeszcze raz. W USA uważa się, że dane metorologiczne i oceaniczne, które są zbierane z pieniędzy podatników,  powinny być dostępne bezpłatnie. Narodowa służba meteorologiczna (NCEP) udostępnia zarówno dane  i wyniki prognoz numerycznych bezpłatnie na swoich stronach sieciowych. Przy okazji udostępnia wyniki prognoz na cały świat. Tę furtkę wykorzystuje się w Europie i w Stanach. Natomiast narodowe służby meteorologiczne w Europie wykorzystują możliwość blokady danych  jaką daje rezolucja Światowej Organizacji Meteorologicznej numer 40.  Dają wprawdzie swoje prognozy, ale staraja się uniemożliwić swobodny dostęp do danych.  Jest jednak subtelny problem z prognozami amatorskimi w tej skali kilku kilometrów. Otóż amatorskie modele wykorzystują tylko wyniki z modeli globalnych (nacisk w tym zdaniu jest na "tylko").  

Ciekawą historię ma też amerykański model mezoskalowy WRF.  Przez wiele lat w USA mezoskalowe modele pogody były rozwijane przez ośrodki uniwersyteckie: dwa najsłynniesze to MM5 z Uniwersytetu Penn State i model RAMS z Uniwersytetu Colorado State (nad tym drugim pracowałem jako student więc wiem co piszę).  Narodowe centrum prognoz USA miało  swoje własne modele przewidujące pogodę na obszarze USA.  Kilka lat temu tego typu modele prognoz przestały być  przedmiotem intesywnych badań naukowych i stały się bardziej narzędziem (już czuje, że za to zdanie dostanie mi się od zawodowych meteorologów). Wtedy postanowiono połączyć wiele istniejących modeli. Stąd powstał model WRF. Każdy może ten model uruchomić na swoim komputerze domowym.

PS. Pierwszy z prawdziwego zdarzenia model mezoskalowym (model UKMO) w Polsce ustwiony był w ICM przez Bogumiła Jakubiaka. Napisalem kiedyś o nim na polskiej wikipedii
http://pl.wikipedia.org/wiki/Bogumił_Jakubiak
Razem z Bogumiłem używaliśmy jednego z modeli używanych w ICMie (COAMPSa) do prognozy na regatach przedolimpijskich w Chinach w 2006. Napisałem kiedyś o tym w "Gazecie Wyborczej".  Obecnie w Polsce są inne modele mezoskalowe m.in. w  IMGW. Ta historia to inny świat, na inny wpis.

piątek, 21 maja 2010

W 2006 roku byłem głównym meteorologiem polskiego zespołu  olimpijskiego przygotowującego się na olimpiadę w Chinach. Pojechałem z nimi do Quingdao (czytaj „czingdao”), żeby rozpracować akwen Zatoki Fushan gdzie odbyły się regaty żeglarskie w czasie letnich igrzysk w 2008. Z tym wyjazdem związana była masa roboty.  Powoli zaczynam zapominać tę przygodę, ale warto to opisać. 

Wciągnął mnie do prognoz żeglarskich Robert Jarecki, trener główny klasy 470.  Dla Roberta robiłem różnego rodzaju prognozy. Czasami na odległośc, kiedy oni się bujali na wodzie w rozmaitych krajach – w Palma Majorka, Cascais i w innych miejscach gdzie odbywają się regaty pucharu świata, których wyniki używane są do klasyfikacji olimpijskich.  Jedną z najbardziej spektakularnych wpadek miałem kiedy nad Balatonem przyszła komórka burzowa a ja przewidywałem słabe wiatry. Od tego czasu zacząłem sprawdzać mapy radarowe.

Robert skontaktował mnie z dyrektorem sportu PZŻ Tomkiem Chamerą. Ale pierwszy kontakt z PZŻ to był Zbyszek Kusznierewicz, ojciec słynnego polskiego olimpijczyka,  który jest naukowcem i inżynierem.  Zbyszek opowiadał wtedy w pokoju polskiego związku żeglarskiego w Warszawie na Chocimskiej  jak trenował Mateusza w rozpoznawaniu zmian wiatru.  Nie mam specjalnie wątpliwości, że inżynierskie wykształcenie Zbyszka pomogło Mateuszowi w osiąganiu światowych wyników w klasie Finn a teraz w klasie Star. Razem ze Zbyszkiem Kusznierewiczem staraliśmy się zbudować system, który byłby w stanie zbierać informacje o kierunku wiatru i statystyce zmian kierunku i prędkości przed zawodami z kołyszącej się i małej łódki trenerskiej. Tego typu pomiary turbulencji, zawirowań, rzeczywiście robi się meteorologii badając tzw. warstwę graniczną.  Pomiary turbulencji umożliwiają zrozumienie procesów wymiany momentu (wpływ wiatru) i ciepła (wpływ różnic temperatury) pomiędzy atmosferą i oceanem. W żeglarstwie wykorzystywane są  do oceny w jaki sposób optymalnie żeglować, w badaniach klimatu używane są do parametryzacji oddziaływania pomiędzy atmosferą i oceanem. Mała dygresja  - do tej pory nie bardzo wiadomo jak wiatr wpływa na ocean przy bardzo dużych, huraganowych prędkościach.

Prognozy pogody wykorzystywane są w żeglarstwie w trzech skalach. W klasie regat transoceanicznych ważne jest prowadzenie jachtu (ang. routing), tutaj istotna jest informacja o globalnych systemach pogodowych. Napiszę kiedyś o tym dokładniej bo to ciekawy dział meteorologii stosowanej.  Drugą skalą jest klasa Pucharu Ameryki  - tutaj prognoza mezoskalowa w skali kilkunastu kilometrów jest ważna, czasami wygrywa się przy pierwszej, dobrze przewidzianej, zmianie wiatru. W klasie olimpijskiej,  gdzie zawody sa krótkie, prognozy w skali globalnej są mniej ważne. Prognozuje się "na teraz", a istotną informacją jest rozwój bryzy morskiej, statystyka zmian wiatru, i pływy.

Mimo to prognozy pogody w klasach olimpijskich rozpoczyna się od zrozumienia ogólnej klimatologii akwenu.  Zaczęto to robić na poważnie od zawodów olimpijskich w Savannah w Georgia i pojawiły się pierwsze publikacje naukowe na ten temat.  Potem były prognozy bryzy morskiej w Sydney w Australii,  w Atenach w Grecji,  i ostatnio w Quingdao w Chinach. Każdy z tych akwenów ma swoją specyfikę.  Do prognoz początkowo używano modeli statystycznych, ale szybko zaczęto używać także mezoskalowych modeli numerycznych.   David Houghton i Fiona Campbell, którzy prognozowali pogodę dla zespołu brytyjskiego na olimpiadzie w Atenach mieli niezła zabawę, bo trzeba było prognozowac nie tylko wiatry bryzowe, ale też wiatry górskie – meltemi.   W Quingdao wiadomo było, że wiatry będą słabe. To było  istotne w przygotowaniach bo faworyzuje lekkich żeglarzy, zwłaszcza na małych jachtach i deskach. Wiedzieliśmy też, że są silne pływy zmieniające kierunek po południu -  to było ważne bo zmiany występowały w czasie trwania regat.  Wiadomo było, że Quingdao mogło być pod marginalnym wpływem cyklonów tropikalnych.  Miasto jest położone na tyle na północ od równika, że trajektorie cyklonów tropiklanych (tajfunów) zakrzywiają się już na wschód i zaczynają łaczyć się z przepływem w średnich szerokościach. Ten rejon nazywa się w meteorologii tropikalnej "obszarem przejściowym", podczas gdy obszary równikowe to obszary "genezy cyklonów". Z klimatologii wiadomo było, że będzie gorąco i wilgotnie. Wiedzieliśmy też, że powietrze będzie zamglone ze względu na wilgotoność i duże zanieczyszczenia w Chinach.

I to by było na tyle. Obiecuję jeszcze jeden blog - detale o prognozie w czasie regat.

PS Dobrą książką dla żeglarzy regatowych w klasach olimpijskich jest „Strategia Wiatrowa” (ang. Wind Strategy),  napisana przez  Fionę Campbell i Davida Houghtona. Rozmawiałem z Fioną, żeby tę książkę przetłumaczyć na polski – była tym zainteresowana, ale chyba do tej pory nikt jej nie przetłumaczył.