Vázlat

1. A szinoptika története

2. Az előrejelző rendszer építőelemei

3. Az előrejelzés készítésének módja

4. Előrejelzési produktumok

5. Verifikáció

2

Mit jelentenek a szinoptika és a meteorológia szavak?

ARISZTOTELESZ (Kr. e. 384-322)

szerint

a változhatatlan szféra (ég)

és a változó szféra (földfelszín)

közötti jelenségek neve: METEOR

3

Példák a METEOR szó előfordulására:

4

METEOROLÓGIA (logosz= tudomány):

a földfelszín és az égbolt közötti jelenségek tudománya

LÉBÉSZET v. LÉGTÜNEMÉNYTAN (a nyelvújítás korában)

SZIN-v. SYN-(görögül) = együtt, egyszerre;

OPSZISZ = látás (optika);

SZINOPSZIS = áttekintés, összegzés;

SZINOPTIKUS = áttekintő, összefoglaló;

SZINOPTIKUS SZEMLÉLET ↔ KLIMATOLÓGUS SZEMLÉLET

5

A SZINOPTIKUS METEOROLÓGIA TÖRTÉNETÉNEK FŐBB SZAKASZAI

I. A KEZDETEKTŐL 1657-IG: AZ EMPÍRIA KORA:

műszeres mérések nincsenek,

kizárólag tapasztalaton alapuló megfigyelések

A korszak végén készülnek el az első, meteorológiai célra is használható mérőeszközök:

HŐMÉRSÉKLETMÉRÉS:

Galilei (1605) és Santorio (1612): termoszkóp (a hőmérsékletkülönbség mérése)

LÉGNYOMÁSMÉRÉS:

Torricelli és Viviani kísérlete 1643-ban

6

II. 1657-1820: A BAROMÉTER KORA:

Mérföldkő: az első műszeres (kísérleti) meteorológiai mérések

1657 és 1667 között működött az Accademia del Cimento (A Kísérletezés Akadémiája), azaz a Firenzei Tudományos Akadémia.

Jelszó: „Provando e riprovando” (Kíséreld meg újra és újra!)

Alapítók: II. Ferdinánd nagyherceg és fivére Leopold.

Rendszeres előadások és mérési demonstrációk a Pitti-palotában

7

Az eszközök megvannak!

Mérőállomásokat és mérőhálózatokat kell szervezni!

1781-1792: Societas Meteorologica Palatina (más néven Mannheimi Társaság);

alapító: Károly Tódor pflazi választófejedelem;

szervező: Jakob Hemmer (1733-1790) fizikus, udvari káplán.

mannheimi órák: 7, 14 és 21 órakor kell megfigyelni;

39 állomás (Buda is!), 13 évkönyv (Ephemerides, az OMSZ Könyvtárban is vannak példányok!)

Hemmer 1790-ben meghalt, és jöttek a napóleoni háborúk...

A budai mérések története:

1780-tól Egyetemi Csillagdában a Várban,

1818-tól a Gellérthegyen (1849: Buda ostroma),

1870-től a Budai Reáliskolában (ma: Toldy Gimnázium),

1890-től a Fő utcában, 1910 óta a Kitaibel Pál utcában.

8

III. 1820-1919: AZ IZOBÁRSZINOPTIKA KORA:

Mérföldkő: a „szinoptikus gondolat” születése.

9

1820-ban Heinrich Wilhelm Brandes (1777-1834) a Lipcsei Egyetem professzora szinoptikus térképet rajzolt (1783-as mérésekből) és felismerte az alacsony nyomású területeket

AZ ELSŐ IZOVONALAS TÉRKÉP

10

1853: Heinrich Wilhelm Dove[ejtsd: dóve!] (1803-1879) berlini professzor: az első izotermatérkép

NÉHÁNY ESEMÉNY A KORBÓL

1833: Sir Francis Beaufort (1774-1879)

brit admirális

egységes jeleket vezetett be

a Brit Haditengerészetben

az időkép jelölésére

(ezek lettek 1935-ben a nemzetközi meteorológiai jelek);

1838 óta használja a Brit Haditengerészet a Beaufort-féle szélsebességi skálát

(ennek módosított változata lett 1946-ban a nemzetközi tapasztalati szélsebességi skála)

11

A Beaufort-féle szélsebességi skála

NÉHÁNY ESEMÉNY A KORBÓL (folytatás)

1848: Henry Piddington kalkuttai tengerésztiszt és

1851-ben Karl Kreil, az osztrák intézet alapító igazgatója

javasolják a távíró használatát meteorológiai adatgyűjtésre

1853: az 1. Nemzetközi Tengerészeti Konferencia Brüsszelben javasolja az együttműködést a meteorológia területén

1857: Christophorus Henricus Didericus Buys Ballot (1817-1890), a Holland Királyi Meteorológiai Intézet(KNMI) alapító igazgatója kimondja a bárikus széltörvényt

13

EGY EMLÉKEZETES IDŐJÁRÁSI KATASZTRÓFA

1854. november 14.:

a krími háborúban a Szevasztopol ostromára készülő angol-francia-török csapatok vesztesége a Balaklavai-öbölre lecsapó viharban: 34 hajó, 8 ezer tengerész, 200 ezer font aranypénz és a teljes téli felszerelés

14

III. Napóleon utasítására Urbain LeVerrier (1811-1877) a Párizsi Obszervatórium vezetője folytatott vizsgálatot. (Az ő számításai mutatták ki először további bolygó létezését az Uránuszon túl.)

LeVerrier (talán éppen az előző évi brüsszeli konferencia tapasztalatai alapján) javaslatot tett meteorológiai megfigyelőhálózat létesítésére és a nemzetközi adatcserére

A NEMZETI METEOROLÓGIAI SZOLGÁLATOK SZÜLETÉSE:

Ausztria, 1851, Karl Kreil;

Anglia, 1854, Robert FitzRoy;

Hollandia, 1854, Christophorus Buy Ballot;

Franciaország, 1855, Urbain LeVerrier;

…

Magyarország, 1870, Schenzl Guido;

…

Németország, 1874,Georg von Neumayer

(Deutsche Seewarte, Hamburg).

15

1919-1950: AZ IZALLOBÁRSZINOPTIKA KORA:

Mérföldkő: a polárfront-elmélet születése,

Jakob Bjerknes és munkatársai,

Bergen, Norvégia, 1919.

1950 óta: AZ ELMÉLETI SZINOPTIKA avagy

A NUMERIKUS PROGNOSZTIKA KORA:

Mérföldkő: az első sikeres számítógépes előrejelzés, azaz a légköri kormányzó egyenletrendszer numerikus integrálása

Jule Charney, Ragnar Fjörtoft és Neumann János,

Princeton, USA, 1950

16

Vázlat

1. A szinoptika története

2. Az előrejelző rendszer építőelemei

3. Az előrejelzés készítésének módja

4. Előrejelzési produktumok

5. Verifikáció

17

Az időjárás-előrejelzések készítése több fázisból álló, komplex feladat, amely az alábbi fő csoportokra osztható

Mért, megfigyelt adatok gyűjtése, ellenőrzése, tárolása

Numerikus modellek futtatása, fejlesztése

Adatok, produktumok megjelenítése

Analízisek, utófeldolgozások készítése

Általános előrejelzések megfogalmazása

Speciális, célorientált előrejelzések készítése

Előrejelzések verifikálása

18

19

Amiből az előrejelzések készülnek

Mérés, megfigyelés

Földbázisú szegmens

Földfelszíni

megfigyelések

Magaslégköri

mérések

Radarmérések

Villámlokalizálás

Windprofiler, sodar

Űrbázisú szegmens

Meteorológiai

műholdak

20

Földfelszíni mérések

21

104 automata állomás 17 helyen vizuális észlelés 477 csapadékmérő állomás

Földfelszíni mérések

22

2008: GPRS alapú adatgyűjtésre való átállás: 10 perces adatgyűjtés

Magaslégköri mérések

Budapest:

Napi 1 szonda

00 UTC

Szeged:

Napi 1 szonda

00 UTC

23

24

25

26

Hogyan hasznosulnak a mérések az elrejelzések készítésének folyamatában?

Közvetlenül Közvetve

Az időjárási

helyzet folyamatos

nyomon követése

Analízisek

készítése

Kiindulási adat a

numerikus

előrejelzési

modellek

futtatásánál

27

Az időjárás-előrejelzések készítése több fázisból álló, komplex feladat, amely az alábbi fő csoportokra osztható

Mért, megfigyelt adatok gyűjtése, ellenőrzése, tárolása

Numerikus modellek futtatása, fejlesztése

Adatok, produktumok megjelenítése

Analízisek, utófeldolgozások készítése

Általános előrejelzések megfogalmazása

Speciális, célorientált előrejelzések készítése

Előrejelzések verifikálása

28

Numerikus modellek

► Az első elektronikus számítógép megjelenése nemcsak a számítástechnikát forradalmasította, de ezzel párhuzamosan bontakozott ki a meteorológia egyik legmodernebb szakága, a légköri folyamatok modellezése is.

► Modell: a meteorológiai jelenségeknek az egyszerűsített (absztrakt) mása.

► Numerikus: a meteorológiai jelenségeknek a termo-és hidrodinamika törvényeire alapozott szimulálása érdekében alkalmazott matematikai közelítő eljárás

29

► A modern meteorológia az ilyen szimulációs modellek vizsgálatával foglalkozik.

► Mi kell a modellezéshez?

▪Tudnunk kell, hogy milyen tér-és időbeli felépítésű légköri folyamatot akarunk modellezni (Rossby-hullám, ciklon, zivatar, tornádó)

▪Ismernünk kell az adott légköri folyamatot irányító fizikai törvényeket vagy törvényszerűségeket, tehát fel kell használni a dinamikus (elméleti) meteorológia eszköztárát. (mozgásegyenletek, örvényességi egyenlet, kontinuitási egyenlet, energiaegyenlet stb.)

30

▪Fel kell állítani egy elviekben megoldható matematikai egyenletrendszert.

▪Az egyenletrendszer megoldásához numerikus sémákat kell alkalmazni, mivel a légköri folyamatokat leíró egyenletrendszerek nem lineárisak és a kiindulási mező sem folytonos.

▪A numerikus sémákat egy számítógépes program hajtja végre tekintettel az igen nagy számítási igényre.

► Globális modellek: a légköri folyamatokat hemiszférikus

méretekben szimulálják durva térbeli felbontással (50-150 km). ► Korlátos tartományú modellek: általában egy globális

modellbe beágyazva kisebb régióra vonatkozva végzik el a számításokat lényegesen finomabb térbeli felbontással (<10 km).

31

32

33

34

35

Az időjárás-előrejelzések készítése több fázisból álló, komplex feladat, amely az alábbi fő csoportokra osztható

Mért, megfigyelt adatok gyűjtése, ellenőrzése, tárolása

Numerikus modellek futtatása, fejlesztése

Adatok, produktumok megjelenítése

Analízisek, utófeldolgozások készítése

Általános előrejelzések megfogalmazása

Speciális, célorientált előrejelzések készítése

Előrejelzések verifikálása

36

Megjelenítő rendszer HAWK munkaállomás

37

Megjelenítő rendszer HAWK munkaállomás

38

Megjelenítő rendszer HAWK munkaállomás

39

Informatikai háttér

Adatok, adattárak

Bejövő ~30 GB/nap

Műhold: 25 GB/nap

Radar: 1.5 GB/nap

RMDCN (ECMWF, GTS, …): 2 GB/nap

Egyéb (NOS, windprofiler, …): 1 GB/nap

Feldolgozás: ~48 GB/nap

Nowcasting: 28 GB/nap

Aladin: 14 GB/nap

ECMWF: 2 GB/nap

40

Számítógép kapacitás az OMSZ-nál A légkört leíró egyenletrendszer

(Navier-Stokes egyenletek) megoldása zárt alakban nem írható fel, közelítő megoldásokat kell alkalmazni amely hatalmas számítógépes kapacitást igényel.

Az ALADIN modell futtatása kb. 16 milliárd adatot jelent előrejelzésenként

41

Vázlat

1. A szinoptika története

2. Az előrejelző rendszer építőelemei

3. Az előrejelzés készítésének módja

4. Előrejelzési produktumok

5. Verifikáció

42

Az előrejelzés készítése

► Brandes (1820) →első szinoptikus térkép az első európai észlelőhálózat mérései alapján („Miért van ilyen idő”)

► Bjerknes (1904) →a légköri változások elvileg előrejelezhetők a légköri hidro-termodinamikai egyenletrendszer integrálásával („Milyen idő lesz?”)

► Richardson (1922) →sikertelen prognózis

► Neumann →a légköri változások előrejelzésének gyakorlati megvalósítása az első elektronikus számítógéppel

► JELEN: az időjárás előrejelzése a szinoptikus módszer alkalmazásával történik

43

Szinoptikus módszer ► Az aktuális időjárási

helyzet komplex analízise (légköri mezők szintézise) a rendelkezésre álló megfigyelési, mérési információk felhasználásával és előrejelzés készítése a szinoptikus elvek és a numerikus modellek segítségével.

44

45

Az időjárási helyzet analízise

46

Az időjárási helyzet analízise

47

A légköri mezők szintézise ►Légköri mezők: a légkör fizikai állapothatározóinak skalár-és

vektormezői.

48

A 850 hPa-os nyomási felület hőmérsékleti

és geopotenciális magassági térképe

(skalármező).(www.metnet.hu/gfs)

A 850 hPa-os nyomási felület ekvivalens

potenciális hőmérsékleti és szél térképe (skalár-

és vektormező

kombinálása).(www.metnet.hu/gfs)

► Légköri mezők szintézise: az egyes légköri mezőknek az együttlátása, a mezők megtöltése „időjárástartalommal”.

Pl. önmagában egy talaj-légnyomási mező nem árulja el nekünk, hogy hó vagy eső fog hullani. Ehhez csatolnunk kell a nedvességi, de még inkább a magassági hőmérsékleti mezőket és ezeket együttesen kell mérlegelni az analízis és a prognózis készítésénél.

Ennél sokkal nyomósabb érv a szintézis mellett az, amikor sűrű köd borítja be a Kárpát-medencét, viszont a nyomási térképen anticiklon analizálható ki, amelyhez köztudottan derült, napsütéses időjárás tartozik. Az alsó 1500 m-es légréteg szél-,nedvességi-, és hőmérsékleti mezőinek csatolása hiányában ez a következtetés igen nagy hibához vezetne az előrejelzésben.

49

A szintézist egy kirakós játékhoz hasonlíthatjuk, amelynél össze kell rakni az egyébként kevés

információval rendelkező elemeket ahhoz, hogy értelmezhető képet kapjunk. A szinoptikus

feladata a numerikus modellek „nyers”mezőinek szinoptikus elveken történő összerakása és a

várható időjárás „megfejtése”.

50

Szinoptikus elvek

► Cél: a légkör jövőbeli állapotainak, az időjárásnak az előrejelzése.

1.Történelmi egymásra-következés elve

51

A légköri változások folytonosnak tekinthetők,

ezért egy jövőbeli állapot függni fog a jelenlegi (az analízis

időpontja) állapottól. Tulajdonképpen ez az aktuális

időjárás részletes leírása alkalmazva az analízis elveit.

Itt az a célunk, hogy minél következetesebben, a

fizika törvényszerűségeit alkalmazva feltárjuk a szóban

forgó időjárás okait, mint kiindulási helyzetet.

„Tartós”: átlagosan maximum egy hetet jelent egy tartósan fennmaradó téli anticiklonhoz mérve

Pl. tartós anticiklonokban az időjárás szinte önmagát ismétli napokig. Téli, ún. hideg légpárnás helyzetekben a tehetetlenségi prognózis sokkal jobb beválást eredményez, mint a numerikus modellek által készített prognózisok!!!!!!!!!

52

2. Időjárási tehetetlenség elve

Bizonyos időjárási helyzetek „tartós” fennállása esetén

egy-két légköri paraméterre ún.perzisztencia prognózis

adható. Ennél a prognózisnál feltételezzük, hogy az adott

légköri paraméter (vagy paraméteregyüttes) hasonlóan

fog alakulni.

Ciklonokkal és frontokkal gyakran tarkított időjárási

helyzetekben ezt az elvet mellőzni kell.

FONTOS: annak megítélése, hogy egy időjárási helyzetben lehet-e alkalmazni ezt az elvet, az függ az előrejelző szakember tapasztalatától és elsődlegesen a numerikus modellek által előrejelzett mezőktől. Ebből következik, hogy a fizikai törvényszerűségeket itt sem mellőzzük, de nagy szerepe van a szinoptikus szubjektivitásának, amely által esetenként a szakember felülbírálja, sőt elveti a modellek által kiadott eredményeket.

53

Példák:

→hőmérséklet: anticiklonos időjárási helyzetekben megbecsülhető a maximum-és minimum-hőmérséklet időpontja a periodicitás ismeretében. Ezt a szabályosságot a felhőzet és a szél nagyban befolyásolhatja, tehát a numerikus modellek előrejelzett mezői alapján mérlegelni kell az elv alkalmazhatóságát.

54

3.Kvázi-periodicitás elve

Bizonyos légköri paramétereknek, illetve

időjárási jelenségeknek jól ismert

ritmusossága, esetenként szabályos

ismétlődése van. Utóbbi esetben az elv

nagyban hasonlít a tehetetlenség elvéhez,

azonban ezt az elvet nagyobb általánosságban

használhatjuk.

→felhőzet: szintén anticiklonokban és a nyári félévben a felhőzetnek van egy délutáni maximuma és egy hajnali minimuma

→hőzivatar: nyári anticiklonokban elszigetelt zivatarcellák jöhetnek létre, amelyek leginkább a koradélutáni óráktól a kor esti órákig tudnak keletkezni

→szél: általában éjszakai minimummal és délutáni maximummal rendelkezik

55

→Derült, szélcsendes időjárási helyzetben viszonylag magas harmatpont mellett köd kialakulása valószínű

→Erős olvadásnál hófúvás nem fordulhat elő

→Hidegfront átvonulása esetén előfordulhat, hogy a legmagasabb nappali hőmérséklet a délelőtti órákban alakul ki.

→Hideg légpárna megszűnéséhez hidegfront szükséges, amely a légpárna megszűnése után hőmérséklet emelkedést okoz.

→Fagypont alatti hőmérséklet esetén a harmatpont és a hőmérséklet a kicsapódást követően tovább tud csökkenni.

56

4. Fizikai következtetés elve

Az előrejelzés készítésénél mindig követni kell a fizika

törvényszerűségeit, azoknak ellentmondó következtetések

hibás prognózishoz vezetnek.

Megjegyzés: az időjárás általában a meteorológiai paraméterek sokévi átlag körüli ingadozását jelenti, ezért naponta közzé kell tenni az ingadozás mértékét az esetleges klimatológiai vizsgálatok elősegítése érdekében.

57

5.Szinoptikus-klimatológiai ismeretek

Az előrejelzésnél figyelembe kell venni az adott térség

éghajlati karakterisztikáit (sokéves átlagok, abszolút,

országos-és helyi szélső értékek (rekordok)), amelyek

egyrészt egy elsődleges becslést adhatnak arra

vonatkozóan, hogy az adott térség felett az év adott

szakában egyáltalán milyen időjárás alakulhat ki,

másrészt pedig az előrejelzés és az éghajlati átlagok

tükrében megállapíthatóak az időjárási anomáliák.

► A felsorolt elvek egyenkénti vagy együttes alkalmazásával van lehetősége a szinoptikusnak a numerikus modellek „nyers”produktumaiból értelmezhető és fizikailag konzisztens prognózisok elkészítésére és nem utolsó sorban a modell eredményeinek felülbírálására. Utóbbi szabja meg a szinoptikus szakemberek fontosságát, nélkülözhetetlenségét remélhetőleg még több évtizedig az időjárás előrejelzésének szakterületén.

58

Modell outputok elemzése

A szinoptikus előrejelzés 59

Modell outputok elemzése

60

61

62

A GFS amerikai globális modell (50 km-es rácsfelbontás) ún.

ensemble

előrejelzési produktuma (fáklyadiagramm)

Vázlat

1. A szinoptika története

2. Az előrejelző rendszer építőelemei

3. Az előrejelzés készítésének módja

4. Előrejelzési produktumok

5. Verifikáció

63

Alap előrejelzések

64

Alap előrejelzések

65

Mezőszerkesztés

66

Mezőszerkesztés

67

Élet – és vagyonvédelem - Veszélyjelzés

68

69

Repülés meteorológia

Hidrológiai célú előrejelzések

70

Hidrológiai célú előrejelzések

71

Trajektória előrejelzés katasztrófavédelmi célokra

72

Előrejelzési produktumok

73

Előrejelzési produktumok

74

Előrejelzési produktumok

75

Előrejelzési produktumok

76

Vázlat

1. A szinoptika története

2. Az előrejelző rendszer építőelemei

3. Az előrejelzés készítésének módja

4. Előrejelzési produktumok

5. Verifikáció

77

Verifikáció

78

Verifikáció

79

Verifikáció

80

Néhány kapcsolódó weblap

http://www.wetterzentrale.de/topkarten (elsősorban modell eredmények térképes megjelenítései vannak, de vannak észlelési adatok is)

http://www.wetterzentrale.de/topkarten/fsavnmgeur.html (ensemble előrejelzések)

http://www.westwind.ch/?page=hirk (frontanalízis és előrejelzés) és egyéb modellek eredményei

http://www.metnet.hu/gfs/ (a GFS modell finomabb felbontású regionális változata)

http://www.weather.uwyo.edu/upperair/europe.html (szondázási információk)

http://www.met.hu/omsz.php (magyarországi radarfelvételek nagy időbeli felbontással és egyéb közhasznú meteorológiai információk)

http://www.metnet.hu/ (az AMET portálja: sűrű észlelések, 36 órás műholdkép hurokfilmje, kifejezetten időjárással és annak tudományával kapcsolatos fórumok)

A szinoptikus előrejelzés 81

Köszönöm a figyelmet!