Historie předpovídání počasí
Počasí ovlivňuje náš každodenní život a lidé kladou stále větší požadavky na spolehlivost předpovědí. Jak byla předpověď počasí dříve tvořena a co způsobilo, že se přesnost předpovědí tak výrazně zlepšila během posledních desetiletí, to se dozvíte v tomto článku.
První pokusy k vytvoření jistého vědeckého přístupu k vysvětlení počasí zkoumal Aristotelés (340 př. n. l.). Svým dílem Meteorologica, ve kterém se snažil vysvětlit vznik deště, větru a bouřek, ovlivnil vědění v této oblasti na téměř 2000 let.
První meteorologické stanice
První meteorologická observatoř na světě vznikla zřejmě v Řecku. Jednalo se o tzv. Věž větrů, která sloužila k pozorování atmosféry. Ovšem až s příchodem renesance a sestrojením teploměru a barometru (Galileo a Torricelli) byli lidé schopni věrohodně kvantifikovat svá pozorování počasí. Zásadním problémem v počátcích byl sběr a přenost dat. První světová meteorologická společnost (Societas Meteorologica Palatina) založena v roce 1780 spojila síť 39 měřicích stanic. Mezi stanicemi byla i Praha Klementinum. Sběr dat trval týdny (probíhal přes poštovní dostavníky, lodě atd.) a cílem sběru dat nebylo tvořit předpovědi, ale hledat souvislosti mezi jednotlivými meteorologickými veličinami. Teprve vynález telegrafu Samuelem Morsem (1837) a následně pak objevy završené Marconiho spojením Ameriky a Evropy pomocí bezdrátové telegrafie v roce 1901 umožnil rychlejší sběr informací z meteorologických stanic po celém světě.
Přehled meteorologických stanic, které v Evropě fungovaly na konci 18. století a byly zařazeny do Societas Meteorologica Palatina. V Evropě tehdy fungovala i řada dalších stanic, zejména ve městech Paříž, Vídeň, Varšava, Innsbruck, Florencie či Milán.
Vznik synoptických map
Meteorologové začali zobrazovat data z pozorování (například teplota, vlhkost, tlak) do map, což umožňovalo porovnávat mapy ze stávajícího pozorování s těmi předchozími. Tato metoda založená na porovnávání jednotlivých standardizovaných pozorování je nazývána synoptická předpověď počasí a je stále používána i dnes. První synoptickou mapu publikoval Heinrich Wilhelm Brandes v roce 1820. V roce 1920 se meteorologické mapy dále zpřesnily v důsledku vynálezu radiosondy (malá měřící sonda s vysílačem upevněná na balon, který může vystoupat až do 30km), které umožnily měřit meteorologické veličiny ve vyšších hladinách atmosféry (měření tak už nebyla prováděna jen při zemském povrchu).
Synoptická mapa z roku 1874, zdroj: Wikipedia
Základy numerické předpovědi počasí
Počátkem 20. století se začal formovat fyzikální a matematický přístup k předpovědi počasí. Profesor Bjerknes ze Stokholmské university sestavil základní rovnice chování atmosféry na základě prací svých předchůdců z oblasti hydrodynamiky (Euler, d Alambert, Stokes) a doplnil, že na základě stávajícího stavu lze predikovat pomocí těchto rovnic následující stavy. Vlastní rovnice byly velmi komplikované a jejich řešení vyžadovalo výkonné výpočetní prostředky, které však v té době nebyly k dispozici.
Přesto Britský matematik Richardson zjednodušil Bjerknesovy rovnice a za použití metody konečných diferencí provedl v roce 1922 první výpočet – šestihodinovou předpověď počasí pro oblast západní Evropy. Výpočet mu trval šest týdnů s pomoci logaritmického pravítka a tabulek pro určení změny tlaku v jediném bodě a výsledek byl kompletně nerealistický. Tento neúspěch považoval pouze za dílčí problém. Napsal: Tento projekt je komplikovaný, protože atmosféra je komplikovaná. Známá je jeho vize předpovědní továrny, kde by podle jeho představ pracovalo 64 000 výpočtářů v obrovské hale znázorňující Zemi a zodpovědných za výpočty pro přidělenou oblast Země (pro představu - O2 Aréna má kapacitu 18 000 míst).
Představa předpovědní továrny, zdroj: NOAA
Příchod počítačů
Richardsonovy myšlenky byly dále rozvinuty až se vznikem prvního světového počítače. I když vlastní vývoj počítače byl spíše zaměřen na vývoj zbraní, von Neumann správně odhadl, že předpovídání počasí je přirozený numerický problém pro jeho počítač. Úkolu se ujal tým pod vedením Charneyho. Ten nejprve upravil a zjednodušil rovnice popisující atmosférické děje tak, aby byly řešitelné na tehdy dostupném počítači ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer). ENIAC byl počítač, který zabíral prostor 63 m2, vážil 30 tun a spotřebu měl 150kW. Vstup a výstup dat byl ve formě děrných štítků a programování probíhalo přímo ve strojovém kódu.
ENIAC – první předchůdce současných počítačů, zdroj: Wikipedia
V roce 1950 tým vedený Charneym provedl úspěšně za 33 dní čtyři 24-hodinové předpovědi pro oblast Severní Ameriky. Pro výpočet byla zvolena síť 15 x 18 bodů s krokem (vzdálenost mezi body) 736 km. Vlastní výpočet jedné předpovědi trval 24 hodin, většinu času však bylo spotřebováno na manuální operace (jen děrných štítků bylo na jeden výpočet zapotřebí kolem 100 000). I přes poměrné zjednodušení rovnic a při poměrně hrubém rozlišení zkoumané oblasti byly výsledky akceptovatelné a celý tento pokus vedl k tomu, že se od roku 1955 počítače začaly uplatňovat v předpovědích počasí pravidelně.
Zvyšující se výkonnost počítačů umožňovala řešení stále složitějších rovnic v mnohem kratší době. Tím se stále více zvyšovala přesnost předpovědi a rychlost jejího výpočtu. Řešení úlohy, kterou tehdy provedli na počítači ENIAC, by dneska trvalo několik sekund na notebooku. V roce 1960 byl vytvořen i první satelitní snímek Země a začal rozvoj družicové meteorologie.
První pokusy k vytvoření jistého vědeckého přístupu k vysvětlení počasí zkoumal Aristotelés (340 př. n. l.). Svým dílem Meteorologica, ve kterém se snažil vysvětlit vznik deště, větru a bouřek, ovlivnil vědění v této oblasti na téměř 2000 let.
První meteorologické stanice
První meteorologická observatoř na světě vznikla zřejmě v Řecku. Jednalo se o tzv. Věž větrů, která sloužila k pozorování atmosféry. Ovšem až s příchodem renesance a sestrojením teploměru a barometru (Galileo a Torricelli) byli lidé schopni věrohodně kvantifikovat svá pozorování počasí. Zásadním problémem v počátcích byl sběr a přenost dat. První světová meteorologická společnost (Societas Meteorologica Palatina) založena v roce 1780 spojila síť 39 měřicích stanic. Mezi stanicemi byla i Praha Klementinum. Sběr dat trval týdny (probíhal přes poštovní dostavníky, lodě atd.) a cílem sběru dat nebylo tvořit předpovědi, ale hledat souvislosti mezi jednotlivými meteorologickými veličinami. Teprve vynález telegrafu Samuelem Morsem (1837) a následně pak objevy završené Marconiho spojením Ameriky a Evropy pomocí bezdrátové telegrafie v roce 1901 umožnil rychlejší sběr informací z meteorologických stanic po celém světě.
| Území | Meteorologické stanice ve městech |
| Německá říše | Andechs, Berlín, Düsseldorf, Erfurt, Göttingen, Hohenpeißenberg, Ingolstadt, Mannheim, Mnichov, Regensburg, Zaháň, Tegernsee, Würzburg, St. Zeno |
| Rakousko-Uhersko | Ofen, Praha Klementinum |
| Švýcarsko | Ženeva, Saint Gotthard |
| Itálie | Bologna, Chioggia, Padova, Řím |
| Francie | Dijon, Marseille, La Rochelle |
| Nizozemsko a Belgie | Brusel, Delft, Haag, Middelburg |
| Skandinávie | Eidsberg, Spydeberg, Kodaň, Stockholm |
| Rusko | Moskva, Pyschminsk, Petrohrad |
| Britské ostrovy | Bradford, Cambridge |
Vznik synoptických map
Meteorologové začali zobrazovat data z pozorování (například teplota, vlhkost, tlak) do map, což umožňovalo porovnávat mapy ze stávajícího pozorování s těmi předchozími. Tato metoda založená na porovnávání jednotlivých standardizovaných pozorování je nazývána synoptická předpověď počasí a je stále používána i dnes. První synoptickou mapu publikoval Heinrich Wilhelm Brandes v roce 1820. V roce 1920 se meteorologické mapy dále zpřesnily v důsledku vynálezu radiosondy (malá měřící sonda s vysílačem upevněná na balon, který může vystoupat až do 30km), které umožnily měřit meteorologické veličiny ve vyšších hladinách atmosféry (měření tak už nebyla prováděna jen při zemském povrchu).
Synoptická mapa z roku 1874, zdroj: Wikipedia
Základy numerické předpovědi počasí
Počátkem 20. století se začal formovat fyzikální a matematický přístup k předpovědi počasí. Profesor Bjerknes ze Stokholmské university sestavil základní rovnice chování atmosféry na základě prací svých předchůdců z oblasti hydrodynamiky (Euler, d Alambert, Stokes) a doplnil, že na základě stávajícího stavu lze predikovat pomocí těchto rovnic následující stavy. Vlastní rovnice byly velmi komplikované a jejich řešení vyžadovalo výkonné výpočetní prostředky, které však v té době nebyly k dispozici.
Přesto Britský matematik Richardson zjednodušil Bjerknesovy rovnice a za použití metody konečných diferencí provedl v roce 1922 první výpočet – šestihodinovou předpověď počasí pro oblast západní Evropy. Výpočet mu trval šest týdnů s pomoci logaritmického pravítka a tabulek pro určení změny tlaku v jediném bodě a výsledek byl kompletně nerealistický. Tento neúspěch považoval pouze za dílčí problém. Napsal: Tento projekt je komplikovaný, protože atmosféra je komplikovaná. Známá je jeho vize předpovědní továrny, kde by podle jeho představ pracovalo 64 000 výpočtářů v obrovské hale znázorňující Zemi a zodpovědných za výpočty pro přidělenou oblast Země (pro představu - O2 Aréna má kapacitu 18 000 míst).
Představa předpovědní továrny, zdroj: NOAA
Příchod počítačů
Richardsonovy myšlenky byly dále rozvinuty až se vznikem prvního světového počítače. I když vlastní vývoj počítače byl spíše zaměřen na vývoj zbraní, von Neumann správně odhadl, že předpovídání počasí je přirozený numerický problém pro jeho počítač. Úkolu se ujal tým pod vedením Charneyho. Ten nejprve upravil a zjednodušil rovnice popisující atmosférické děje tak, aby byly řešitelné na tehdy dostupném počítači ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer). ENIAC byl počítač, který zabíral prostor 63 m2, vážil 30 tun a spotřebu měl 150kW. Vstup a výstup dat byl ve formě děrných štítků a programování probíhalo přímo ve strojovém kódu.
ENIAC – první předchůdce současných počítačů, zdroj: Wikipedia
V roce 1950 tým vedený Charneym provedl úspěšně za 33 dní čtyři 24-hodinové předpovědi pro oblast Severní Ameriky. Pro výpočet byla zvolena síť 15 x 18 bodů s krokem (vzdálenost mezi body) 736 km. Vlastní výpočet jedné předpovědi trval 24 hodin, většinu času však bylo spotřebováno na manuální operace (jen děrných štítků bylo na jeden výpočet zapotřebí kolem 100 000). I přes poměrné zjednodušení rovnic a při poměrně hrubém rozlišení zkoumané oblasti byly výsledky akceptovatelné a celý tento pokus vedl k tomu, že se od roku 1955 počítače začaly uplatňovat v předpovědích počasí pravidelně.
Zvyšující se výkonnost počítačů umožňovala řešení stále složitějších rovnic v mnohem kratší době. Tím se stále více zvyšovala přesnost předpovědi a rychlost jejího výpočtu. Řešení úlohy, kterou tehdy provedli na počítači ENIAC, by dneska trvalo několik sekund na notebooku. V roce 1960 byl vytvořen i první satelitní snímek Země a začal rozvoj družicové meteorologie.
Encyklopedie počasí
Přečtěte si další články z naší rozsáhlé encyklopedie počasí, která shrnuje poznatky o meteorologii a počasí. Pochopíte řadu základních meteorologických prvků a způsob vytváření předpovědí počasí.
