V předvídání počasí vědci udělali šokující pokrok

Analýzu si také můžete poslechnout v audioverzi.

Nebe bylo ještě bez mráčku, ale všichni už se připravovali na povodeň. Řada lidí to označovala za strašení. Pak nastaly povodně, víceméně přesně podle očekávání meteorologů. „Není zvláštní, že vláda věděla, že to nastane?“ ptal se pak někdo na sociálních sítích, těžko říct, zda to byla parodie či provokace. Ale vlastně chápu, proč někomu, kdo celý život prožil v době poměrně nespolehlivých předpovědí, přišla přesnost moderních predikcí až podezřelá.

Aktuální povodně měly hodně rozměrů. Ukázaly lidskou odvahu, solidaritu, nerozvážnost i politické pnutí. Na pozadí se ale přitom odehrával vysoce koordinovaný tanec, který obvykle bereme jako všední součást dne: předpověď počasí.

Pár ikonek, dvě čísla a možná nějaký ten vykřičník. Tak se meteorologické předpovědi ukazují většině lidí na displeji telefonu. A protože se obvykle nejedná o nic až tak dramatického – rozmýšlíme hlavně, jak se obléct nebo kdy si jít zaběhat – snadno přehlédneme ohromný význam, který má přesná a včasná předpověď počasí na fungování naší civilizace.

Jsou odvětví, která si meteorologických výstupů váží každý den: zemědělství, energetika, integrovaný záchranný systém, pojišťovny… Dramatická událost, kterou žila celá republika, ale pomohla ukázat i nám ostatním, jak moc se předpovědi počasí za poslední roky posunuly.

O hrozbě letošních záplav jsme se poprvé dozvěděli už v pondělí 9. září. Nejprve šlo o obecná upozornění týkající se postupující studené fronty a vydatných víkendových srážek, které by úhrnem „mohly přesáhnout i 200 milimetrů“, varoval specializovaný web. Druhý den už se – i díky varování Českého hydrometeorologického ústavu – dostalo slovo povodeň do všech mainstreamových médií.

To vše zatím vycházelo z globálních a evropských meteorologických modelů. O pár hodin později už byly k dispozici i předpovědi lokálních modelů, takže v úterní poledne už ČHMÚ mohl upřesnit: „Období od čtvrtka 12. 9. do neděle 15. 9. očekáváme velmi deštivé s výraznými srážkovými úhrny. Mezi modely panuje shoda, že na velké části území může napršet přes 100 mm, v exponovaných lokalitách (např. návětří Jeseníků) i výrazně více. V důsledku toho se předpokládají i výrazné vzestupy hladin vodních toků.“

Lidé nemuseli spoléhat jen na média. Existuje celá řada webů a aplikací, kde mohou zájemci, nadšenci i kdokoli další sledovat velmi podrobné výstupy pokročilých matematických modelů nebo výstupy z meteoradarů. Takto třeba v úterý zobrazovala predikci aplikace Windy.com.

Když jsem se teď díval, jak přesné ty predikce byly (bylo to takové namátkové zkoumání, doufám, že časem to někdo zpracuje lépe), vyšlo mi, že modely zafungovaly skutečně dobře. Tady je třeba příklad toku řeky Morava. Predikce průtoků je nesmírně důležitá právě proto, že umožňuje vodohospodářům připravit se na to, co je čeká, a například udělat ve vodní nádrži místo či rozložit nápor vody v čase.

Všichni si pamatujeme, co následovalo: O víkendu skutečně Česko postihly povodně v řadě ohledů srovnatelné s těmi z roku 1997. V jednom byly ale úplně jiné: Města, záchranné složky, vláda, armáda i obyvatelé měli velmi přesné předpovědi a informace, a to s předstihem v podstatě pěti dní.

Během povodní v roce 1997 byla situace úplně jiná. Pamatuji si, že se tehdy voda vzala jakoby odnikud. Byl jsem ale teenager, takže na svou paměť nechci spoléhat. Ale kolegyně a kolegové z podcastu 5:59 vyzpovídali meteoroložku Taťánu Míkovou, která vzpomíná, jak v roce 1997 fungoval numerický model Aladin teprve několik měsíců v operativním provozu.

„Všichni meteorologové, kteří byli ve službě, jenom zírali na předpověď srážek, kterou nám vydal,“ popsala Míková. „Prostě jsme si tehdy tak trochu říkali, opravdu ten model vidí srážky, které budou stovky milimetrů v následujících dvou dnech? Nebo je to jenom jeho chyba? Je to přeci jen model, který je ještě v plenkách. Tehdy byla obrovská nejistota, zda je ten model skutečně přesný.“

Zpětně se ukázalo, že model predikoval situaci velmi dobře. „Ale žádný z tehdy žijících meteorologů takové krátkodobé srážkové úhrny za tři dny neznal, nepamatoval,“ vysvětluje Míková. „A ještě hůř na tom byla státní správa. Oni si neuměli představit, že za tři dny tolik vody naprší.“ Nikdo na to nebyl připravený.

Abychom skutečně ocenili, jak velký pokrok meteorologie udělala, můžeme si odskočit ještě dále do historie.

„Jako meteorolog jsem začal působit koncem šedesátých let. Kdybych měl porovnat tehdejší predikce s dnešními, to je jako porovnávat koňské spřežení s formulí jedna,“ popsal mi Jan Bednář, český klimatolog, meteorolog a také emeritní profesor meteorologie na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy. Podle něj je těžké přesnost meteorologických predikcí přesně vyčíslit, ale trend je jasný.

„Předpověď na čtyři dny dopředu je dnes tak přesná, jako bývala v 90. letech předpověď na druhý den,“ uvádí například britská meteorologická kancelář.

Analýza Our World In Data zase ukazuje, že dnes umí meteorologové predikovat pohyb hurikánu pět dní dopředu s větší přesností, než umožňoval 48hodinový výhled v roce 1994. To jsou tři dny navíc na přípravu. Jaké faktory se podílely na tak dramatickém zlepšení?

Jednoduše řečeno, meteorologie těží z rapidního pokroku ve sběru dat a jejich následného zpracování. „Obrovský skok v posledních letech mají za sebou technologie, ať už jsou to automatická měření a online předávání naměřených dat, zpřesnění měření pomocí radarů, družic, meteorologických stanic, bleskoměrů, balonových sond nebo z meteorologického hlediska zejména pokrok v numerickém modelování,“ vypočítává meteoroložka Dagmar Honsová. „Bez výstupů numerických modelů a jejich vzájemného porovnání se už dnes neobejde žádná předpověď počasí.“

Meteorologické satelitní snímky tu máme už od 70. let. Ale rozdíl mezi prvními analogovými černobílými fotografiemi a dnešními digitálními multispektrálními snímky je propastný. Zlepšilo se všechno. Stoupla frekvence snímání, dříve museli meteorologové čekat na snímek třeba i několik hodin. Dnes chodí aktuální snímky co čtvrt hodiny, některé i častěji. Meteorologové mají dostupné snímky z desítek družic a rozlišení stouplo minimálně o dva řády.

„Nelze jednoznačně říct, která technologie přinesla největší pokrok. Pro monitorování a nowcasting (předpovědi počasí pro následující hodiny, pozn. red.) silných bouří jsou to patrně přístroje poskytující snímky ve vysokém rozlišení – jak prostorovém, tak časovém,“ popsal mi Martin Setvák, specialista na distanční pozorování a detekční metody v meteorologii.

„Pro krátkodobé až střednědobé předpovědi považuji ale za největší přínos rozvoj metod družicové hyperspektrální sondáže atmosféry, globálně zatím dostupné pouze na družicích na polárních drahách. V obou směrech se ale blíží další velký skok, a sice nástup družic Meteosat třetí generace a evropských polárních družic druhé generace (EPS-SG).“

„Satelity umožnily celosvětové sledování, což je ohromně užitečný zdroj informací. Tato data slouží jako vstup pro ty modely, počáteční podmínky pro modelování, a to zvyšuje jejich přesnost,“ vysvětluje Bednář. „Na těchto souborech dat lze také natrénovat numerické modely. Data jsou také uchovávána, což umožňuje dlouhodobý pohled, zpětnou kontrolu a vyhodnocení modelů.“

Kromě vesmírného pozorování se na sběru dat podílejí i radary. To jsou ty „kruhové vlny“, které někteří žertem či v neznalosti označují za snahu kontrolovat počasí pomocí rádia. Ve skutečnosti jde o pravý opak: Rádiové vlny se od oblačnosti odrážejí, radar odrazy naměří a data lze následně velmi přesně zobrazit na mapě.

Přesnější data znamenají i lepší modely – složité počítačové programy, které počítají pomocí matematických a fyzikálních rovnic budoucí stav atmosféry. „Nové výstupy přináší několikrát za den. K dispozici jsou globální předpovědní modely, které počítají přenosy vzduchových hmot pro celou Zemi. Dokážou předpovědět počasí na 10 až 20 dnů,“ vysvětluje Honsová.

„Globální modely počítají několik variant (ansámbly), ale nemají tak dobré rozlišení jako lokální modely, nekalkulují s pohořím. Nejznámější je americký GFS, evropský ECMWF, francouzský ARPAGE, kanadský model GEM. Právě pomocí nich lze udělat nástřel počasí (rámcovou představu) u nás i na dva týdny dopředu.“

Lokální modely pak zvládnou práci s terénem a umožní tak předpovědět počasí přímo pro vaše místo na mapě. „Nejznámějším pro Česko je Aladin, který počítá Český hydrometeorologický ústav, a Medard od Akademie věd České republiky,“ doplňuje Honsová. A dodává, že ani moderní technologie nemohou atmosférické jevy predikovat na 100 procent.

To mi v rozhovoru zdůraznil i profesor Bednář: „Možnost predikcí má své limity. A ty tam podle mého budou vždycky. Je tady jedna důležitá mez, a tou je deterministický chaos atmosférických jevů. My víme, že z těch modelů někdy vypadnou různé predikce, když třeba u jedné stanice změníme to pozorování jen o desetitisícinu stupně, tedy za hranou přesnosti přístrojů.“

„A toto chaotické chování nelineárních dynamických procesů znamená, že nikdy nebudeme moci předpovídat počasí přesně na měsíc dopředu. Na to je atmosféra moc chaotická,“ vysvětluje Bednář. „To ale neznamená, že bychom nemohli s vysokou jistotou předpovídat, jak bude vypadat v budoucnosti klima. To je něco jiného, tam totiž používáme statistické metody.“

Meteorologie je věda, možná přesněji součinnost několika vědních oborů: fyziky, matematiky, geografie, hydrologie, informatiky a dalších. Postupným sběrem dat a pečlivým ověřováním hypotéz se neustále zpřesňuje. Až na úroveň, která působí na některé lidi podezřele.

Zatímco před třiceti lety se opravdu nedalo dlouhodobým předpovědím příliš věřit, nyní je situace diametrálně odlišná. Radary a satelity neovlivňují, jaké bude počasí. Místo stavění vzdušných zámků meteorologové ty vzdušné zámky objevují. Z utopického „poručíme větru dešti“ jsme se dostali do pokornější fáze: „Porozumíme větru dešti.“

V plné verzi newsletteru TechMIX toho najdete ještě mnohem víc. Přihlaste se k odběru a budete ho dostávat každou středu přímo do své e-mailové schránky.