Pogody nie da się przewidzieć

Tomasz Rożek: Dlaczego nie potrafimy przewidywać pogody?

Prof. Tadeusz Niedźwiedź:- Dlatego, że system pogodowy, klimatyczny jest zbyt skomplikowany.

Chaotyczny?

- Zależy, co pan ma na myśli mówiąc "chaotyczny". Na pewno rządzą nim jakieś reguły i prawa. Są one jednak tak złożone, że nie potrafimy ich zrozumieć. A więc chaotyczny, bo nieprzewidywalny i zaskakujący. Często mówi się o chaosie deterministycznym. Z pozoru to sprzeczność, bo jak coś jest chaotyczne, to jest przypadkowe, a nie determinowane, ale w przypadku procesów zachodzących w atmosferze chaos deterministyczny doskonale oddaje poziom naszej wiedzy. Wiemy, że to, co dzieje się z pogodą, nie jest przypadkowe, ale nie potrafimy znaleźć reguł, które tym wszystkim rządzą. Nie potrafimy tego opisać nawet najbardziej skomplikowanymi równaniami.

Nie potrafimy dzisiaj, ale czy kiedykolwiek się tego nauczymy?

- Być może nigdy. Choć oczywiście nie stoimy w miejscu.

W czym jest problem? Czego nam brakuje? Mocy obliczeniowej komputerów, doskonalszych zdjęć satelitarnych...?

- Przerasta nas skala zagadnienia. Zdjęcia satelitarne są doskonałe. Komputery liczą szybciej niż kiedykolwiek wcześniej. Jutro będą liczyły jeszcze szybciej, ale ilość danych jest tak ogromna, że nie jesteśmy w stanie tego wszystkiego ogarnąć. Proszę pamiętać, że dopiero od całkiem niedawna mamy do dyspozycji stałe stacje meteorologiczne.

- Dopiero w XVIII i XIX wieku zaczęto wykonywać pierwsze regularne pomiary podstawowych wielkości, takich jak temperatura. Osobnym zagadnieniem jest to, jakiej jakości to były pomiary. Przedtem bardzo nieliczni notowali na przykład, kiedy były burze. Siłą rzeczy to były obserwacje lokalne. W Korei jeden z królów kazał zbierać wodę z opadów do kamiennych stągwi i mierzyć, ile jej napadało. To są jedne z najstarszych pomiarów, jakie się zachowały.

Kiedy to było?

- Na przełomie XV i XVI wieku. W Europie tymi sprawami zaczęto się zajmować dużo później, w zasadzie dopiero po wynalezieniu barometru i termometru. Ale nawet wtedy stacje meteorologiczne nie powstawały lawinowo. Było ich na kontynencie zaledwie kilka, głównie przy obserwatoriach astronomicznych. Tylko z nielicznych punktów dysponujemy pomiarami z ostatnich 300 lat. To bardzo mało, jeśli chce się poznać działanie tak skomplikowanego mechanizmu, jakim jest pogoda.

A co z pomiarami pośrednimi?

- Fakt, dysponujemy wieloma sposobami umożliwiającymi rekonstrukcję tego, co było 10 tysięcy, a nawet 100 tysięcy lat temu. Po grubości słojów drzew możemy określić temperaturę czy w ogóle warunki, jakie panowały wtedy, gdy badane drzewo rosło. To udaje się robić także na podstawie kawałków drewna znalezionych na przykład w czasie wykopalisk archeologicznych.

- Badane są osady na dnie jezior i mórz, a także warstwy lodu z odwiertów, które robi się na lądolodzie Antarktydy czy Grenlandii. Badając je, możemy sięgać 200 tysięcy lat wstecz. Ale to są jedynie dane pośrednie. One są użyteczne pod warunkiem, że pewne rzeczy założymy, lecz te założenia mogą być obarczone sporym błędem.

Jak oceniłby pan stopień zrozumienia tego, co dzieje się w atmosferze?

- Nie będę spekulował. Musiałbym mieć wiedzę o całości zagadnienia, by stwierdzić, jaki procent tej wiedzy jest teraz w naszym posiadaniu. Oczywiście nie tylko ja, ale nikt na Ziemi nie ma wiedzy całościowej o procesach, które zachodzą w atmosferze. Obserwujemy chmury, na przykład burzowe, i nie rozumiemy, dlaczego powstają w tym miejscu, a nie gdzie indziej. Potrafimy wprawdzie zmierzyć czy nawet przewidzieć, że w danym miejscu o danym czasie wystąpią warunki, w których może powstać chmura burzowa, ale nie rozumiemy, dlaczego czasami ta chmura tam powstaje, a czasami nie.

- W prognozie pogody mówimy, że jutro na terenie Polski wystąpią warunki dogodne do powstania burz. Ale nie wiemy, dlaczego ta burza tworzy się akurat gdzieś nad Olkuszem, a nie w okolicach Opola. Mamy problem z przewidzeniem, czy będzie ona miała charakter gwałtowny, ale lokalny, czy będzie lało w całym kraju. Wiedząc, że komórka burzowa może powstać tylko tam, gdzie jest konwekcja, pionowy ruch powietrza, nie wiemy, dlaczego nie wszędzie, gdy te warunki występują, pojawiają się burze. Warto wiedzieć, że energię tego pionowego ruchu mas powietrza wykorzystują szybownicy i bociany.

Jak już chmura burzowa powstanie tam, gdzie powietrze unosi się do góry, to wiadomo, w którym kierunku będzie podążała?

- Chmury, o których mówimy, sięgają do granic troposfery, czyli w polskich warunkach do wysokości około 11-12 kilometrów. Radarami meteorologicznymi śledzimy ruchy takiej chmury, ale nie do końca wiemy, kiedy spadnie z niej deszcz. Deszcz pada, gdy spełnionych jest kilka warunków: odpowiednia ilość wody w chmurze, ale także temperatura. A ta zmienia się bardzo lokalnie. Nie potrafimy jej przewidywać z dużą dokładnością. Poza tym, nawet gdybyśmy mogli przewidzieć, na niewiele by się to zdało.

- Gdy obserwujemy na ekranach komputerów poruszającą się chmurę burzową, często zaskakuje nas to, jak ona się rozwija. To jest układ bardzo dynamiczny. W pewnym momencie chmura burzowa zaczyna - powiedzmy - puchnąć, a my nie wiemy, dlaczego akurat z prawej strony, a nie z lewej. Czasami zdarza się, że coś burzę osłabia, a czasami, że wzmacnia.

Rozumiem, że automatyczne stacje meteorologiczne mierzą na dużym obszarze ciśnienie, temperaturę, siłę wiatru oraz wiele innych czynników. Wszystkie te dane wrzucane są do jakiegoś modelu komputerowego, który to przelicza i podaje informację, że w tych warunkach powinna powstać burza. Czy to tak działa?

- Z grubsza właśnie tak. Najważniejsze jest dzisiaj nie to, jak pewne pomiary robić, tylko to, jak powinien wyglądać ten model komputerowy. Gdybyśmy znali cały mechanizm pogodowy, potrafilibyśmy przewidywać wszystko, i to daleko w przyszłość. Niestety, wielu rzeczy jeszcze nie wiemy. I podczas gdy te niewiadome w ograniczonym stopniu wpływają na prognozy krótkoterminowe, powiedzmy godzinne czy dotyczące dwóch, trzech najbliższych dni, to powyżej kilku dni wszelkie przewidywania są bardzo mało precyzyjne. Wszystko może się zdarzyć.

- Na to nakłada się jeszcze jedno nieporozumienie. Gdy przewidujemy, że w zachodniej Polsce będą burze, może się zdarzyć tak, że w Poznaniu leje, ale w Pile nie spadnie nawet kropla deszczu. W Pile powiedzą, że prognoza była nieprawdziwa. A to nieprawda. Prognoza mówiła, że będą burze i były.

Wspomniał pan o prognozach kilkudniowych. Jak daleko do przodu potrafimy z dużym prawdopodobieństwem przewidzieć pogodę?

- W tej chwili, przy tych modelach, jakimi dysponujemy, to jest okres najwyżej tygodnia. Wiele zależy też od sytuacji meteorologicznej. Są sytuacje bardzo klarowne, klasyczne, ale są też przypadki bardzo skomplikowane. Czasami jest tak, że wszystko się kotłuje, gmatwa i do samego końca nie wiadomo, co i gdzie się wydarzy. A wtedy nawet prognoza na dwa dni nie musi się sprawdzić.

- Największe problemy są z określeniem ilości opadów. Bo te są spowodowane czynnikami lokalnymi, które często są nie do przewidzenia. Najlepiej radzimy sobie z określaniem ciśnienia i temperatury, ale takiej uśrednionej, a nie lokalnej.

Dlaczego niektóre wielkości łatwo dają się przewidywać, a inne nie?

- Bo niektóre są bardzo zmienne, a inne nie. To zależy od cechy danego elementu meteorologicznego. Ciśnienie jest takim elementem makroskalowym, który się zmienia, ale na bardzo dużych obszarach. Ciśnienie atmosferyczne, na przykład, między Warszawą a Katowicami zwykle zmienia się w bardzo małym zakresie. Jeżeli znamy wartość ciśnienia w jednym i w drugim miejscu, możemy z dość dużą dokładnością powiedzieć, jakie będą wartości w miejscach pośrednich. Temperatura jest już bardziej zróżnicowana, bo zależy również od tego, jaki w danym miejscu jest typ podłoża. Inna temperatura jest nad lasem, inna nad polem, inna nad łąką...

I to wszystko bierze się pod uwagę?

- Tak, modele, programy komputerowe, z których korzystamy, biorą to wszystko pod uwagę.

Wspomniał pan, że skutecznie da się przewidywać pogodę najwyżej na kilka dni. Czy w przyszłości ten okres może się wydłużyć?

- Myślę że tak, ale - wracając do początku naszej rozmowy - wcale nie jestem pewien, czy kiedykolwiek poznamy system meteorologiczny w całości. Podstawą dobrej prognozy jest dobra diagnoza. Musimy wiedzieć, co w tej chwili dzieje się na kuli ziemskiej. Z tym w zasadzie nie mamy problemu. Mamy automatyczne stacje meteorologiczne prawie na całej Ziemi. W każdym momencie możemy on-line sprawdzić ich odczyty. Przyrządy na bojach mierzą parametry wody w oceanach, a wszystkiemu z góry przyglądają się satelity meteorologiczne. Są oczywiście miejsca, gdzie stacji meteorologicznych jest za mało, ale nie uważam, żeby to było źródłem jakichś dużych błędów w prognozach.

- Drugą ważną rzeczą jest poznanie i zrozumienie procesów, które zachodzą w atmosferze. I to jest wyzwanie. Fizykom atmosfery udało się sporo ustalić i sporo zrozumieć. To, co wiemy, jest zapisywane w postaci równań matematycznych i dodawane do modeli komputerowych. Te programy są coraz bardziej rozbudowane. Ale jeszcze sporo im brakuje do doskonałości. Model komputerowy sprawdza stan początkowy, czyli tu i teraz, a następnie na podstawie równań przewiduje, co stanie się w przyszłości.

Wspomniał pan o tym, że prognozowanie powyżej kilku dni nie ma w zasadzie sensu, a jednak sporządza się prognozy miesięczne, a nawet dłuższe. Po co, skoro są nieskuteczne?

- Bo jest na nie zapotrzebowanie. Użytkownicy, czyli my wszyscy chcemy wiedzieć, jaka będzie pogoda za miesiąc albo dwa. No więc takie prognozy się robi, ale niewielu zdaje sobie sprawę z tego, że w niewielkim stopniu się sprawdzają. Jest jeszcze jeden powód. Biznes i kręgi gospodarcze chcą wiedzieć na przykład, jakie będzie kolejne lato. Niektórzy od wyniku takich prognoz uzależniają decyzję, w co zainwestują w rolnictwie. Uważam, że to nieporozumienie.

Jaka jest skuteczność miesięcznej prognozy pogody?

- Prawie żadna. Około 50 procent, a więc równie dobrze można by rzucić monetą, tylko zamiast orła czy reszki obstawiać deszcz albo słońce.

Jeżeli nie potrafimy powiedzieć nic pewnego o pogodzie za miesiąc czy dwa, to czy jesteśmy przynajmniej w stanie przewidzieć ogólny trend, na przykład zmian temperatur w ciągu następnych stu czy dwustu lat?

- Trzeba rozróżnić dwie rzeczy. Modele klimatyczne to nie do końca to samo co modele meteorologiczne. Łatwiej wyliczyć z pewnym prawdopodobieństwem, jaka będzie średnia roczna temperatura w Europie za powiedzmy 20 lat niż to, jaka będzie temperatura w centrum Warszawy za miesiąc.

Fragment wywiadu pochodzi z książki Tomasza Rożka pt. "Nauka. Po prostu. Wywiady z wybitnymi", która ukaże się 7 lutego br. nakładem wydawnictwa Demart.