Meteorologi - Grunder och introduktion - Meteorologiska modeller och prognoser

Transkript

1 Meteorologi - Grunder och introduktion - Meteorologiska modeller och prognoser Elin Sjökvist, meteorolog elin.sjokvist@smhi.se

2

3 Innehåll Grundläggande meteorologi Hur väder uppstår Molnbildning Nederbörd Exremt väder Väderprognoser Historia Ekvationer Modeller Osäkerheter Meteorologens roll

4 Bild: dn.se

5

6 Exosfären Termosfären Mesosfären Stratosfären Troposfären

7 Hur uppstår väder? - Drivs av solinstrålning och jordens rotation - Tryck- och temperaturskillnader poler/ekvator - Atmosfären vill jämna ut tryck- och temperaturskillnader

8 Jordens rotation Corioliskraften Isobarer = lika tryck Styrkan varierar med latituden Högtryck: medurs Lågtryck: moturs

9 Västvind L H

10 Polarfronten Läget och styrkan på fronten varierar på somrarna nordlig och svag, på vintern sydlig. Skarpast på hösten.

11 Frontvåg Lågtrycksutveckling Ockluderad cyklon Stormcyklon

12 Molnbildning Vattenånga kyls av och kondenserar Krävs små partiklar Orografiska moln Frontmoln Konvektiva moln

13 Hadleycellen 30ºN Ekvatorn

14 Molntyper

15

16 Nederbörd

17 Nederbörd

18 Prognosknep Cirrus följs av tjockare moln Cumulus blir högre än vad de är breda - Regnväder påväg - övergår i cumulunimbus

19 Konstgjort regn Molnsådd: Molnen beskuts med silverjodid OS i Peking 2008

20 Tropiska cykloner Orkanen Sandy, oktober 2012 Santiago, Cuba Havsvatten på minst 27ºC: frigör latent värme Vindhastighet minst 35 m/s Southampton, NY

21 Tropiska cykloner Områden där havsytan överstiger 27ºC (september och mars)

22 Snökanoner Kall luft, varmt vatten Mellan Uppland och Sundsvall: cm Söder om Skellefteå: cm snö.

23 Snökanoner 30 november 3 december

24 Vädret förändras 16 september: Arktis istäcke slog minimi-rekord med 3,4 miljoner km 2. Källa: nsidc.org Temperaturskillnaden mellan ekvatorn och nordpolen minskar vädersystem kan uppehålla sig längre L H

25 Metorologiska modeller och prognoser

26 Historia: väderprognoser Första steget mot numeriska väderprognoser: norske meteorologen Vilhelm Bjerknes år 1904 Vädret följer naturvetenskapliga lagar som kan uttryckas i matematiska ekvationer Beräkna vädret 24 timmar framåt för hand skulle ta en mansålder 1950-talet: Svenska BESK (Binär Elektronisk Sekvens Kalkylator) världens mest kraftfulla dator 1956: SMHI börjar med datorkörningar Bjerknes beräkningar görs idag på någon sekund Synoptisk väderkarta från 15 september 1905

27 Ekvationer för atmosfären Newtons 2:a lag (kraftbalans): Tryckgradientkraften Corioliskraften Gravitationskraften Friktion Termodynamikens 2:a huvudsats Gaslagen Kontinuitetsekvationen (Innehåller ej fuktighet) - Bildar ett icke-linjärt ekvationssystem - Måste lösas med numeriska metoder, dvs stega framåt i tiden

28

29 Kaotiskt ekvationssystem Ekvationssystemet består av icke-linjära termer, beter sig kaotiskt Exempel: Beräkningen av en variabel i tidssteget t + 1 (förenkling) X t + 1 = A X t 0,001 X t 2 Beräkna X t + 1 med två olika initiallvillkor: X t = 1500, X t = 1499 En liten skillnad i initialtillståndet fortplantar sig snabbt i en icke-linjär funktion (kaos) Prediktabiliteten för en väderprognos = 2 veckor (teoretiskt)

30 Koordinatsystemet Jorden Hela atmosfären delas in i ett 3- dimensionellt rutnät (grid) x = longitud y = latitud z = höjd I varje ruta beräknas lufttryck, temperatur, nederbörd

31 Initialtillstånd Stega framåt i tiden: initialtillstånd krävs Lufftryck, temperatur, vind mfl observeras regelbundet Markobservationer, sonderingar, båtar, flygplan, satellit, radar Data viktas samman till rutnätet i modellen Många gridrutor saknar observationer, då används senaste prognos Mesananalys: Sammanställning av observationer och senaste prognos för samma tidpunkt

32 Globalt till regionalt Global modell (ECMWF, ca 16 km upplösning, 10+ dygn) Regional modell (SMHI, 11 km upplösning, 2 dygn) Väderdata

33 Färdig prognos Väderdata som kontrollerats av meteorolog och sparats i SMHI:s prognosdatabas PMP-karta gällande idag kl Skapades i torsdags

34 Hur säker är prognosen? Initialtillståndet: begränsad mängd observationer aldrig exakt bild av atmosfären Flera variabler i flera miljoner gridrutor Kaos osäkerheten ökar med tiden Lösning: Ensembleprognoser 50 körningar med små skillnader i utgångsläget Utgångsläget modifieras där osäkerheterna är stora, t ex till havs Osäkerhetsmått: Om ensemblerna är eniga är prognosen trovärdig Ensembleprognos för Norrköping från ECMWF

35 Ensembleprognoser +1 d +2d +15 d Operationell prognos ECMWF Medelvärde av Ensembleprognoser från ECMWF

36 En meteorologs mardröm 5b-lågtryck

37 Regnet i Småland 7 juli 2012 Stora lokala variationer Astrid Lindgrens Värld

38 Stora lokala variationer 11 km

39 Varningar Klass 3: Mycket extremt väder väntas som kan innebära stor fara för allmänheten och mycket stora störningar i viktiga samhällsfunktioner. Allmänheten uppmanas att följa upp ny information på Internet, radio eller TV. Klass 2: Väderutveckling väntas som kan innebära fara för allmänheten, stora materiella skador och stora störningar i viktiga samhällsfunktioner. Allmänheten uppmanas att följa upp ny information på Internet, radio eller TV. Klass 1: Väderutveckling väntas som innebär vissa risker för allmänheten och störningar för en del samhällsfunktioner.

40 Meteorologens roll Välja den mest trovärdiga prognosen och studera osäkerheter Formulera det vesäntliga i prognosen Utfärda varningar Förmedla informationen i radio, tv, på internet Specialanpassade prognoser till kunder

41 Sammanfattning Vädret drivs av solinstrålning och jordens rotation Lågtryck skapas av temperaturskillnader, ofta på Polarfronten Ekvationerna för atmosfären beter sig kaotiskt Väderprognos max 2 veckor Ensembleprognoser ger ett osäkerhetsmått Större lokala variationer än modellerna kan fånga Meteorologen förmedlar det vesäntliga i prognosen

42 TACK!