První počítačová předpověď počasí vznikla před 75 lety a odstartovala revoluci
Letos je tomu 75 let, kdy světlo světa spatřila první úspěšná předpověď počasí vypočtená digitálně, s využitímo počítače ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer). Skupinu vědců, kteří tehdy předpověď připravovali, vedl meteorolog Jule Charney a důležitou roli hrál i aplikovaný matematik John von Neumann. Pro výpočet byl použit nejjednodušší model atmosféry – barotropní, který předpokládá, že hustota vzduchu závisí pouze na tlaku, takže plochy konstantního tlaku, teploty a hustoty vzduchu jsou vzájemně rovnoběžné – takový předpoklad mimochodem znamená, že v této atmosféře nemůže probíhat vývoj tlakových útvarů. Skupině vědců v dubnu 1950 trvalo skoro 24 hodin připravit jednu 24hodinovou předpověď – doba výpočtu bylo tak dlouhá, že během něj došlo několikrát ke kolapsu ENIACu. Výsledkem počítání byla předpověď geopotenciální (v zásadě se příliš neliší od normální geometrické) výšky tlakové hladiny 500 hPa. Toto výrazné zjednodušení reality bylo nutné pro zásadní redukci výpočetního času a paměti, aby bylo možné výpočty na tehdejším – z dnešního pohledu značně primitivním – počítači v reálném čase vypočítat – tedy získat výsledky dříve, než daná doba předpovědi nastane. Předpověď byla každopádně úspěšná a znamenala potvrzení předpokladu, že numerická prognóza počasí je možná. Připomeňme, že první (ve svém výsledku neúspěšnou) početní předpověď ale na mechanických kalkulátorech, a tedy počítanou řádově delší čas, realizoval L. F. Richardson v roce 1922.3
Pozorovaná (plné čáry) a počítaná (čárkovaně) změna výšky hladiny 500 hPa pro 24hodinovou předpověď pro 5. ledna 1949 připravenou týmem Charneyho a Neumanna, zdroj: a.tellusjournals.se
Na evropském kontinentě byla první numerická předpověď počasí úspěšně dokončena v roce 1952 pod vedením Johna Sawyera. Tyto zmíněné úspěšné předpovědi počasí byly ale počítány pro historické situace. O první úspěšnou předpověď v operativním provozu se zasloužil tým ve švédském Stockholmu pod vedením Carla-Gustava Rossbyho (mimochodem byl prvním meteorologem, který se dostal na obálku časopisu Time) na konci září 1954. V USA začíná operativní předpovědi vydávat tamní Společný útvar numerické předpovědi počasí, stále jde používá velmi zjednodušený model atmosféry. Třetím předpovědním centrem, které začalo produkovat operativní prognózy, se v roce 1959 stává Japonská meteorologická agentura. Na jižní polokouli se pak Australané přidávají o 10 let později.
Takto vypadal počítač ENIAC, na kterém se počítaly i první numerické předpovědi počasí, zdroj: cs.wikipedia.org
V dalších letech předpovědní modely – do značné míry díky rozvoji výpočetních technologií, nárůstu výkonů počítačů a pokrokům v numerické matematice – stávají složitější. Postupně je možné zahrnout kompletní sadu základních rovnic popisujících atmosférickou dynamiku a termodynamiku. Těmi jsou pohybové rovnice, rovnice kontinuity proudění a vody ve všech fázích, první hlavní věta termodynamická (tedy zákon zachování energie) a stavová rovnice ideálního plynu. Následně se přidává popis radiačních toků, vlivu vlhkosti a latentního tepla nebo třeba mořského ledu. Od roku 1974 se objevují první globální modely – tehdy s rozlišením řádově stovek kilometrů (zatímco současné už mají rozlišení často kolem 10 až 20 km). První globální modely počítaly vývoj atmosféry na 6 hodin, ale záhy byla doba předpovědi rozšířena 5, později až 10 dnů (zpočátku ale vzdálenější období bylo často počítáno s nižším rozlišením, případně jen na jedné polokouli). Globální modely se v 80. letech stávají základem střednědobé předpovědi v řadě zemí světa. Pro Evropu je důležitý vznik Evropského centra pro střednědobou předpověď v roce 1975, které v současnosti provozuje celosvětově nejpřesnější globální model. Pár let před nástupem globálních modelů vznikají i první regionální modely v dnešním pojetí – tedy počítané pro menší území ale s vyšším rozlišením – využívané v operativním provozu.
V 80. a 90. letech dochází k dalšímu zdokonalování numerických modelů a stále více zemí začíná počítat své regionální modely. V této souvislosti připomeňme, že od roku 1991 vzniká v mezinárodní spolupráci i model ALADIN, který je počítán v řadě evropských zemí, mimo jiné v Česku. Současně se výstupy numerických modelů začínají stále častěji objevovat i v médiích určených široké veřejnosti. Tomu napomáhá i rozvoj internetu, zejména pak od začátku tohoto století. A v minulé dekádě postupně nastupují i příslušné mobilní aplikace.
Rozvoj numerických předpovědních modelů vedl k dramatickému zvýšení přesnosti a úspěšnosti předpovědí. K tomu ale zásadním způsobem přispělo taky množství dat, která popisují výchozí stav atmosféry, ze kterého modely vycházejí – ať už se jedná o pozemní i mořská měření, a zejména distanční měření, kde naprosto zásadní roli hrají údaje z meteorologických družic. Právě satelitní data napomohla tomu, že prognózy pro jižní polokouli se svou kvalitou vyrovnaly předpovědím pro polokouli severní.
Vývoj úspěšnosti modelové předpovědi výšky hladiny 500 hPa podle amerického NCEP (Národní centrum pro environmentální předpověď) pro 36- a 72hodinovou předpověď. Čím vyšší hodnota, tím lepší předpověď. Na vodorovné ose jsou uvedeny i počítače, na kterých v daném období předpověď vznikala, zdroj: journals.ametsoc.org
V současné době se do procesu numerických předpovědích stále více zapojují metody strojového učení a umělé inteligence, která předpovědi určitě dále posune. Ale to už je jiná kapitola. Zvládnutí numerické předpovědi počasí v reálném čase lze nicméně považovat za jeden z největších úspěchů lidského intelektu 20. století, který současně přispěl k naplnění odvěkého snu lidstva – vědět, jaké počasí nás čeká zítra, pozítří, nebo i za týden.
Pozorovaná (plné čáry) a počítaná (čárkovaně) změna výšky hladiny 500 hPa pro 24hodinovou předpověď pro 5. ledna 1949 připravenou týmem Charneyho a Neumanna, zdroj: a.tellusjournals.se
Na evropském kontinentě byla první numerická předpověď počasí úspěšně dokončena v roce 1952 pod vedením Johna Sawyera. Tyto zmíněné úspěšné předpovědi počasí byly ale počítány pro historické situace. O první úspěšnou předpověď v operativním provozu se zasloužil tým ve švédském Stockholmu pod vedením Carla-Gustava Rossbyho (mimochodem byl prvním meteorologem, který se dostal na obálku časopisu Time) na konci září 1954. V USA začíná operativní předpovědi vydávat tamní Společný útvar numerické předpovědi počasí, stále jde používá velmi zjednodušený model atmosféry. Třetím předpovědním centrem, které začalo produkovat operativní prognózy, se v roce 1959 stává Japonská meteorologická agentura. Na jižní polokouli se pak Australané přidávají o 10 let později.
Takto vypadal počítač ENIAC, na kterém se počítaly i první numerické předpovědi počasí, zdroj: cs.wikipedia.org
V dalších letech předpovědní modely – do značné míry díky rozvoji výpočetních technologií, nárůstu výkonů počítačů a pokrokům v numerické matematice – stávají složitější. Postupně je možné zahrnout kompletní sadu základních rovnic popisujících atmosférickou dynamiku a termodynamiku. Těmi jsou pohybové rovnice, rovnice kontinuity proudění a vody ve všech fázích, první hlavní věta termodynamická (tedy zákon zachování energie) a stavová rovnice ideálního plynu. Následně se přidává popis radiačních toků, vlivu vlhkosti a latentního tepla nebo třeba mořského ledu. Od roku 1974 se objevují první globální modely – tehdy s rozlišením řádově stovek kilometrů (zatímco současné už mají rozlišení často kolem 10 až 20 km). První globální modely počítaly vývoj atmosféry na 6 hodin, ale záhy byla doba předpovědi rozšířena 5, později až 10 dnů (zpočátku ale vzdálenější období bylo často počítáno s nižším rozlišením, případně jen na jedné polokouli). Globální modely se v 80. letech stávají základem střednědobé předpovědi v řadě zemí světa. Pro Evropu je důležitý vznik Evropského centra pro střednědobou předpověď v roce 1975, které v současnosti provozuje celosvětově nejpřesnější globální model. Pár let před nástupem globálních modelů vznikají i první regionální modely v dnešním pojetí – tedy počítané pro menší území ale s vyšším rozlišením – využívané v operativním provozu.
V 80. a 90. letech dochází k dalšímu zdokonalování numerických modelů a stále více zemí začíná počítat své regionální modely. V této souvislosti připomeňme, že od roku 1991 vzniká v mezinárodní spolupráci i model ALADIN, který je počítán v řadě evropských zemí, mimo jiné v Česku. Současně se výstupy numerických modelů začínají stále častěji objevovat i v médiích určených široké veřejnosti. Tomu napomáhá i rozvoj internetu, zejména pak od začátku tohoto století. A v minulé dekádě postupně nastupují i příslušné mobilní aplikace.
Rozvoj numerických předpovědních modelů vedl k dramatickému zvýšení přesnosti a úspěšnosti předpovědí. K tomu ale zásadním způsobem přispělo taky množství dat, která popisují výchozí stav atmosféry, ze kterého modely vycházejí – ať už se jedná o pozemní i mořská měření, a zejména distanční měření, kde naprosto zásadní roli hrají údaje z meteorologických družic. Právě satelitní data napomohla tomu, že prognózy pro jižní polokouli se svou kvalitou vyrovnaly předpovědím pro polokouli severní.
Vývoj úspěšnosti modelové předpovědi výšky hladiny 500 hPa podle amerického NCEP (Národní centrum pro environmentální předpověď) pro 36- a 72hodinovou předpověď. Čím vyšší hodnota, tím lepší předpověď. Na vodorovné ose jsou uvedeny i počítače, na kterých v daném období předpověď vznikala, zdroj: journals.ametsoc.org
V současné době se do procesu numerických předpovědích stále více zapojují metody strojového učení a umělé inteligence, která předpovědi určitě dále posune. Ale to už je jiná kapitola. Zvládnutí numerické předpovědi počasí v reálném čase lze nicméně považovat za jeden z největších úspěchů lidského intelektu 20. století, který současně přispěl k naplnění odvěkého snu lidstva – vědět, jaké počasí nás čeká zítra, pozítří, nebo i za týden.
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.
