A meteorológia fogalmát már az ókori görög kultúra virágzása idején ismerték, maga a szó is görög eredetű. Akkoriban azonban – épp a tudományos ismeretek hiányában – a meteorológiai jelenségek magyarázatát főként misztikus vagy földön kívüli hatásokban keresték. A bennünket körülvevő légkör tulajdonságait megjelenítő fizikai paramétereket (légnyomás, hőmérséklet, nedvesség stb.) csak az elmúlt évezred közepe táján ismerte meg a tudomány.
Az újkori meteorológia kiindulópontjának az 1780-as évet tekinthetjük. Ekkor kezdődött el a főként Európában és Észak-Amerika keleti partjain már rendszeresen működő 40–45 meteorológiai állomás adatainak összegyűjtése és kiértékelése. A tudósok a mért és összegyűjtött adatokat térképekre rajzolták és elemezték. Rájöttek, hogy ha az állomások műszereivel mért légköri paraméterek (hőmérséklet, nedvesség stb.) egyenlő értékeit vonalakkal összekötik, érdekes összefüggések tárulnak fel. Ez a XIX. század első felében elvezetett egy sor légkörfizikai törvényszerűség felfedezéséhez, amelyek egyre átláthatóbbá tették a meteorológiai paraméterek között meglévő kapcsolatokat.
A fejlődés a XIX. század közepén gyorsult fel, és ebben jelentős szerepet játszottak a hadviselés, illetve a hajózás biztonsága érdekében megfogalmazódott igények. A krími háború során, 1854-ben egy hirtelen érkezett, pusztító vihar súlyos csapást mért az angol, francia és török hadiflottára. A katasztrófát követően a francia kormány Leverrier csillagászt bízta meg azzal, vizsgálja meg, hogy az említett mintegy 45 meteorológiai állomás adatainak ismeretében vajon következtetni lehetett volna-e a vihar közeledtére.
A vizsgálat eredménye felülmúlta a várakozásokat. A katasztrófát megelőző napok megfigyelési adatainak térképre vitelével és elemzésével a Földközi-tenger közepétől nyomon követhető volt az a ciklon, amely a szóban forgó vihart kiváltotta. E felismerés teremtette meg a meteorológián belül az időjárás-előrejelzés tudományának, a szinoptikának az alapjait. (Az elnevezés görög eredetű, a szinopszis szóból származik, s a térképekre felírt és felrajzolt meteorológiai adatok halmazának egyidejű áttekintésére és elemzésére utal.) A szinoptikus térképek elemzése tette lehetővé a légkör fizikai állapotának és a benne lejátszódó mozgások, az áramlások fizikai törvényeinek fokozatos megismerését.
Fizikai tény, hogy a levegőben lévő vízgőz telítettsége függ a hőmérséklettől. Minél hidegebb a levegő, annál kevesebb nedvességtartalomra van szükség ahhoz, hogy a víz kicsapódjon, köd, felhő vagy csapadék keletkezzen. Ezért ha egy adott nedvességtartalmú levegő lehűl, elérheti azt a hőmérsékletet (az úgynevezett harmatpontot), amelyen a kicsapódás megtörténik. Az időjárás jellegét tehát együtt határozza meg a levegő víztartalma és hőmérséklete. Ez teszi fontossá az áramlások szerepét az időjárás elemzésénél, ugyanis egy adott nedvességtartalmú levegő a leggyakrabban az áramlások segítségével kerül hidegebb vagy melegebb környezetbe. Az időjárás kialakításában a függőleges áramlásoknak kitüntetett szerepük van: a feláramlások a föld közeli, melegebb levegőt hidegebb környezetbe emelve segítik a kicsapódást, a felhő- és csapadékképződést. A fenti, hűvösebb levegőt a melegebb alsó légrétegekbe juttató leáramlások pedig szárító, felhőoszlató hatásúak.
Visszatérve az időjárás térképen való ábrázolásának első kísérleteihez: a korszak legnagyobb felfedezését az egyenlő nagyságú légnyomási értékek összekötése, az úgynevezett izobárvonalak megrajzolása hozta. A meteorológusok felfedezték a légnyomási képződményeket, megalkották a ciklon és az anticiklon fogalmát.
A földünket körülölelő levegő mozgásának két fő forrása van. Az első az egyenlítői övezet és a két sarkvidék közötti hőmérséklet-különbség. Az Egyenlítő vidékén a földfelszín közelében gyorsan melegedő levegő a magasba emelkedik, és a helyére a sarkoktól hideg levegő áramlik. A magasban fordított irányú a mozgás, azaz kialakul az Egyenlítő és a sarkvidékek között egy, az Egyenlítőnél emelkedő, a sarkoknál leszálló cirkuláció. Pontosabban kialakulna! – ám a Föld forgása következtében erre a cirkulációra egy másik, oldalirányba eltérítő erő (Coriolis-erő) hat, amely a cirkulációt alaposan összekuszálja, örvényeket alakít ki. Így jönnek létre a légkör áramlási rendszerei (a légnyomási képződmények) s köztük a legjellegzetesebbek: a ciklonok és az anticiklonok.
A ciklon olyan légörvény, amelyben a légnyomás a középpontban a legalacsonyabb, és amelyben a levegő az északi féltekén az óramutató mozgásával ellentétes irányban, nagyon enyhén befelé mutató spirális mozgással forog, azaz a szél a ciklon középpontja körül, de kissé a középpont felé közelítve fúj. Emiatt a ciklon belsejében a levegő összeáramlása, torlódása alakul ki, ahonnan csak felfelé tud továbbáramlani. A ciklon belsejében tehát felhő- és csapadékgerjesztő feláramlások jönnek létre, ezért a ciklon általában a felhősebb, csapadékosabb időjárás hordozója, és a markáns időjárás-változások is többnyire hozzá kapcsolódnak.
Az anticiklon olyan légörvény, amelyben a légnyomás a középpontban a legmagasabb, és amelyben a levegő az északi féltekén az óramutató mozgásával megegyező irányban, nagyon enyhén kifelé mutató spirál mentén mozog, azaz a szél a ciklon középpontja körül, de kissé a középponttól távolodva fúj. Az anticiklon belsejében ezért a kifelé távozó levegő helyére a magasból érkezik az utánpótlás, így az anticiklon belsejében szárító, felhőoszlató hatású leszálló légmozgások alakulnak ki. Az anticiklon jellemzője ezért általában a szárazabb, naposabb, de télen gyakran a tartósan ködös idő.
Az időben egymást követő időjárási (szinoptikus) térképek vizsgálatával a meteorológusok már képesek voltak a légkörben lejátszódó változások, vagyis az időjárási folyamatok, a ciklonok, anticiklonok földrajzi áthelyeződésének (mozgásának) nyomon követésére. Innen már csak egy lépés kellett ahhoz, hogy a térképek sorozatából megismert folyamatot, azaz az időjárás közelmúltját az ezzel foglalkozó szakember gondolatban továbbvigye, vagyis a már bekövetkezett időjárási helyzeteket extrapolálja, és ebből következtetéseket vonjon le a jövőre nézve. Ezzel a meteorológia elérkezett az időjárás-előrejelzés első használható módszeréhez, amelyet később szakértői módszernek neveztek el.
Az 1920-as évek szakmai szempontból minőségi változást hoztak az időjárás-előrejelzés fejlődésében. A prognózis alapvető eszköze továbbra is a légnyomás-szinoptika maradt, de a meteorológusok eszköztára kiegészült az időjárási front fogalmával, amely ott alakul ki, ahol az áramló levegőben fizikai tulajdonságaikban (elsősorban hőmérsékletükben) jelentősen eltérő légtömegek kerülnek igen közel egymáshoz. Az időjárási frontok a ciklonok jellegzetes tartozékai, ugyanis keletkezésük időszakában az örvényben a hideg és a meleg levegő csaknem fele-fele arányban elkülönül egymástól: az időjárási front az a keskeny zóna, ahol érintkezve keverednének. Ez a zóna a ciklonnal együtt forog: azt a szakaszát, ahol az örvénylő mozgás a hideg levegőt a korábban meleg levegővel borított területre hajtja, hidegfrontnak nevezzük; ahol pedig a meleg levegő hódít teret a hideg rovására, az a melegfront. Általában a hidegfront jár hevesebb időjárási jelenségekkel, záporral, zivatarral, szélviharral. A melegfront leggyakoribb kísérője a csendes eső.
A meteorológiában is sikerrel kecsegtető matematikai modellezés alapötlete 1904-ből származik. Eszerint az időjárás-előrejelzés elméletét a Newton-féle mozgásegyenlet és az anyag-, illetve az energiamegmaradás törvényének légköri alkalmazására kell alapozni, kiegészítve az ideális gázok állapotegyenletével. Ezen egyenletek rendszerét nevezzük a légkör hidro-termodinamikai egyenletrendszerének. Bonyolultsága miatt a megoldáshoz mindenképpen numerikus módszerek alkalmazása szükséges.
A világ egyik első, az Egyesült Államokban kifejlesztett elektromos számítógépe, az ENIAC eszközt teremtett ahhoz, hogy az ehhez szükséges, addig hónapokat igénylő számításokat napok, esetleg órák alatt el lehessen végezni. A magyar származású Neumann János javasolta, hogy az addig kizárólag katonai célokat szolgáló ENIAC-ot polgári, ezen belül meteorológiai célokra is hasznosítsák. Az 1950-ben elvégzett sikeres kísérlet jelezte, hogy a választott út járható.
A numerikus modellekkel készített előrejelzések közvetlenül csak a legfontosabb meteorológiai elemek, a hőmérséklet, a légnyomás, a nedvesség és a szél rácspontokra kiszámított, jövőbeni értékeit adják meg. Ez azonban még nem a hétköznapi értelemben vett időjárás; a rendelkezésre álló eredmények csak az utófeldolgozás során válnak széleskörűen értelmezhetővé. Az utófeldolgozás során az előrejelzéseket a modell számítási rácsáról az igényelt földrajzi pontokra interpolálják, és statisztikai, illetve fizikai összefüggésekre épülő módszerek segítségével számítják ki az alapvető időjárási jellemzőket.
A számítástechnika fejlődésének köszönhetően ma már nagyrészt automatikusan zajlik a prognózisok készítése. A modellek is rendkívül sokat fejlődtek az utóbbi időben, ám az előre jelző szakemberek speciális tudása még mindig jelentősen javíthatja az előrejelzések beválását. A prognózisok javítása bizonyos fokig automatizáltan is történhet.
Az előrejelzési modellek számára leírt kiinduló időjárás, azaz a kezdeti feltételek meghatározása sohasem lehet tökéletes: azok hibái és a hibáknak az idővel párhuzamosan történő gyors növekedése lehetetlenné teszi a százszázalékos előrejelzés készítését. Ezért a becsületes eljárás az előrejelzések valószínűségi formában történő megfogalmazása. Az utóbbi öt-tíz esztendő egyik jelentős eredménye egy objektív alapon, az előrejelzések matematikai modellezésén nyugvó valószínűségi előre jelző módszer, az „ensemble”-, azaz az „együttes” előrejelzések kidolgozása és bevezetése a napi gyakorlatba.
Az „együttes” előrejelzések lényege, hogy a determinisztikus előre jelző modell egyenleteit a szokásos, a kiinduló állapotként rendelkezésre álló mérési adatokat felhasználó futtatáson kívül más és más kiinduló állapotból többször lefuttatják. Az új kiinduló állapotokat az eredeti futtatás kiinduló adatainak hibahatáron belüli megváltoztatásával nyerik oly módon, hogy az előre jelzett állapotok a légkör minden lehetséges, lényegesen különböző jövőbeni állapotát lefedjék. Mivel az „együttes” előrejelzés tagjai egyformán lehetséges prognózisokat szolgáltatnak, ezekből az előrejelzésekből valószínűségi információ származtatható. Fontos hangsúlyozni, hogy a bizonytalanság nem pusztán a modell hibájából fakad, hanem az időről időre és helyről helyre változó légkör belső tulajdonsága.
Vajon meddig juthatunk el 2010-re? 1990-ben megközelítőleg öt napra tudtuk prognosztizálni az időjárást olyan biztonsággal, mint egy évtizeddel korábban egy napra tehettük. Ma ugyanolyan biztonsággal tíz nap távlatában látjuk előre az időjárás alakulását. Mi sem lenne hát természetesebb, mint abban bízni, hogy 2010-ben a meteorológusok már húsz napra látják előre az időjárás alakulását olyan biztonsággal, mint ahogy azt ma tíz napra tehetik. Ennél azonban szerényebbnek kell lennünk. Erre int az időjárás-előrejelzések elmúlt ötven év alatt bekövetkezett fejlődését ábrázoló grafikon, amely szerint a 35 éven keresztül csaknem töretlen fejlődés az utóbbi tíz év során lelassult. Az előrejelezhetőség időtartamában bekövetkezett nagy ugrások lehetőségeit nagyrészt kimerítettük, a fejlődést a jövőben elsősorban a valószínűségi prognózisokkal kapcsolatosan és a kisebb régiók minél részletesebb előrejelzései területén reméljük.
www.mindentudas.hu
Szóljon hozzá!
Jelenleg csak a hozzászólások egy kis részét látja. Hozzászóláshoz és a további kommentek megtekintéséhez lépjen be, vagy regisztráljon!