Väderprognoser i framtiden

HUR BRA ÄR DAGENS VÄDERPROGNOSER OCH HUR MYCKET BÄTTRE KAN DE BLI?

Till en början var det många som trodde att väderprognoser i princip kunde göras för hur långa perioder framåt i tiden som helst, exempelvis för att beräkna vädret för nästkommande sommar. Den amerikanske meteorologen och matematikern Edward Lorenz visade emellertid 1962 att sådana helt enkelt inte kunde göras, eftersom obetydliga fel i utgångsläget växte så snabbt att tillförlitliga prognoser längre än några veckor var en omöjlighet. Detta hänger samma med det problem som Henri Poincaré och Aleksandr Lyapunov hade uppmärksammat i slutet på 180o-talet, nämligen att komplexa ickelinjära, dynamiska problem saknar entydiga lösningar, vilket i sin tur hänger samman med att initialtillståndet inte exakt kan bestämmas. Obetydliga fel i initialtillståndet, som kan vara väsentligt mindre än mätnoggrannheten, fördubblas i stort sett prognoser varannan dag. Lorenz visade när han var gästforskare vid ECMWF att centrets prognoser upp till två veckor framåt kunde förbättras, men inte de som sträckte sig längre framåt i tiden.

restaurang i storm som flyter på grumligt vatten med vågor kraftig vind

De successivt förbättrade observationerna främst från satelliter och de alltmer avancerade datormodellerna har inneburit att väderprognoserna under det senaste halvseklet förbättrats radikalt. Idag har en prognos på 8 dygn samma tillförlitlighet en prognos på 2 dygn för 50 år sedan. Studier visar dock att man kommer allt närmare gränsen för vad som går att förutsäga. Detaljerna i väderprognoserna har förbättrats avsevärt och idag kan tropiska orkaner ofta förutsägas en dryg vecka i förväg. Det stora värdet med väderprognoser jämfört med klimat beräkningar är att de förra systematiskt kan verifieras. Eftersom en väderprognos har en längd på högst några veckor, företas ständiga utvärderingar, inte minst av misslyckade prognoser men också i fall med tillförlitliga prognosberäkningar.

Detta systematiska förfarande är en förutsättning för att förbättra modellerna. Innan en ny, förbättrad modell tas i bruk utförs också ett antal prognosexperiment där tidigare misslyckade prognoser testas på nytt. Det är särskilt svårt att beräkna bidragen från moln och från det vertikala energiutbyte som sker på liten skala i atmosfären (konvektiva processer). Detta leder till fel i prognoserna som inte minst i tropikerna kan vara stora. De flesta klimatmodellerare idag använder ofta samma atmosfärmodeller som används för globala väderprognoser, och de olika forskningsgrupperna har ett nära samarbete. Under en längre tid använde Max Planck institutet för meteorologi i Hamburg en atmosfärmodell som utvecklats av det europeiska väder prognosinstitutet ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) i Reading i Storbritannien. Nu beror prognosernas kvalitet på vädersituationen, och varierar också kraftigt mellan olika geografiska områden.

röd vit vindflöjel mot vit och blå himmel med moln

Prognosberäkningars tillförlitlighet

För att kunna studera detta bättre utvecklade ECMWF ett system för så kallade ensembleprognoser, eller Monte Carlo-metoder, vilket innebär att man istället för I global prognosberäkning genomför 50. Beräkningarna är alla identiska förutom att initialtillståndet eller startläget för varje beräkning skiljer sig åt en aning. Allt eftersom beräkningen fortskrider skiljer sig resultaten åt alltmer från varandra. Efter en tid på några veckor kan de vara lika olika som slumpvist utvalda vädersituationer som kunde ha inträffat vid den aktuella tiden på året. Graden av samstämmighet ger information om tillförlitlighet, och graden av skillnad indikerar prognosens otillförlitlighet.

Speciellt viktigt är vädersituationer när man önskar bedöma hur ett intensivt oväder som en tropisk orkan kommer att utveckla sig. Detta är av stor praktisk betydelse, eftersom det erbjuder möjligheter för en kvantitativ riskbedömning. När orkanen Sandy träffade New York i november 2011 visade prognoserna från ECMWF redan åtta dagar i förväg att det fanns en risk att orkanen skulle röra sig västerut, istället för österut som var det normala förloppet. Detta kunde man se genom att några av de 50 prognoserna i hela ensemblen rörde sig västerut mot New York. Allt eftersom man kom närmare händelsen och prognoserna blev kortare och mer noggranna, visade allt fler prognoser att orkanen skulle ta sig västerut och till slut gav alla 50 prognoser samma resultat.

Utan ensembleprognosen hade en bedömning av tillförlitligheten inte varit möjligt, eftersom man då inte skulle ha vetat vilken tilltro man kunde fästa till en enskild prognos. Ensembleprognoser har inneburit att prognoserna kan kombineras med en riskbedömning som har betytt oerhört mycket för att varna allmänheten i tid så att nödvändiga förberedelser kan vidtas. De är numera ett rutinmässigt förfarande vid de flesta vädertjänster.

Växthuseffekten och Varmare klimat

VAD FÖR SLAGS EXTREM VÄDER KAN VI FÖRVÄNTA OSS I ETT VARMARE KLIMAT?

Studerar vi dagsmedeltemperaturer för en given månad, säg under en 30-årsperiod, så får vi 900 värden. För vi in dessa värden i ett diagram med temperaturen längs den horisontella axeln och antalet tillfällen med en given temperatur längs den vertikala axeln, får vi ett diagram som ser ut som en klockkurva som vi kallar en normalfördelning. Den vanligaste temperaturen motsvarar medelvärdet för månaden, medan temperaturen längst ut till vänster eller höger motsvarar extremtemperaturer. Nu vet vi vidare från olika undersökningar och modellberäkningar att normalfördelningen inte ändras om klimatet blir varmare eller kallare. Anta nu att det nu blir varmare. I detta fall förflyttas normalfördelningskurvan åt höger, vilket betyder att de extremt varma temperaturerna blir vanligare medan de extremt kalla temperaturerna blir ovanligare.

växthuseffekten moln landskap himmel sol orkan

De flesta observationer för de senaste 50 åren visar att extremt låga temperaturer har blivit färre och extremt höga temperaturer fler.

EXTREM NEDERBÖRD

För nederbörd är situationen extra besvärlig, därför att såväl teori som modellstudier visar att i vissa områden förutspås nederbörden öka och i andra områden minska. Orsaken är, att vattenångan i luften ökar med temperaturen. Samma sak gäller transporten av vattenånga som också ökar när det blir varmare. Vädersystem som kan utlösa nederbörd får mer vattenånga till sitt förfogande vilket innebär kraftigare nederbörd.

I ett varmare klimat är det troligt att nederbörden blir mer extrem, rent allmänt men även i områden där medelnederbörden minskar. Detta fenomen är också något som klimatmodellerna visar. Ett villkor är emellertid att vädersystemen inte samtidigt försvagas eftersom dessa krävs för att utlösa nederbörden. När det gäller tropiska orkaner bekräftar modellstudier att antalet tropiska orkaner tenderar att minska i antal i ett varmare klimat men orsakerna härtill är ännu inte helt klarlagda.

växthuseffekten träd hus blommor hem trottoar förort

En möjlig orsak kan vara att den långsammare tropiska vertikalcirkula- tionen, som är en följd av den högre mängden vattenånga i luften, tenderar att dämpa tendensen till orkancyklogenes, att tropiska orkaner utvecklas, eller upphovet till de ursprungliga orkanvirvlarna. Samtidigt visar modellsimuleringar att de allra mest extrema cyklonerna förstärks. Mycket forskning återstår innan man helt förstår varför atmosfärcirkulationen påverkar orkanerna på ett sådant oväntat sätt.

Växthuseffekt och orkaner

TROPISKA ORKANER OCH ANDRA VIRVELSTORMAR 

jordens mest fruktade och förödande Tropiska orkaner är ett av oväder som ofta ger upphov till omfattande skador när det drabbar bebyggda områden. De tropiska orkanerna förekommer i sex olika områden på jorden, fyra på norra hemisfären och två på den södra. Det största antalet och de mest förödande uppträder i tropiska Atlanten och i västra Stilla havet under sensommar och höst. De förra är mest kända för den svenska allmänheten. De tropiska orkanerna drivs av ångbildningsvärmen i den kraftiga nederbörden och kräver normalt havstemperaturer på minst 26 °C. En hög havstemperatur är emellertid bara en nödvändig förutsättning, inte en tillräcklig. Intressant är att i genomsnitt bara några promille av nederbörden i orkanen omvandlas till vindenergi. Är den vertikala vindskjuvningen (det vill säga förändring i vindhastighet eller vindriktning med höjden) för kraftig, förhindras orkanutvecklingen och de kraftiga vindarna uteblir. 

hurricane vatten och moln växthuseffekten

Luftmassan dämpar instabilitet

En annan återhållande faktor är stabiliteten i luftmassan som dämpar par de instabila regnmolnen, som är de som driver orkanen Sådana processer är huvudorsaken till den stora variabiliteten hos de tropiska orkanerna från år till år. Det är främst av denna anledning som det är så få orkaner i tropiska Atlanten under El Niño-händelser och motsatsen under La Niña-händelser, då det är kallare vatten i östra Stilla havet. Orsaken är att Niñoår ger upphov till kraftig vindskjuvning över de områden i Västindien där de Atlantiska orkanerna normalt bildas. Av liknande skäl bildas det tropiska orkaner i norra Indiska oceanen bara före eller efter monsunsäsongen. 

Arktiska virvelstormar

Även i Arktis förekommer det vintertid små intensiva virvelstormar (polar lows), speciellt i situationer med mycket kall luft över öppet hav. Dessa är mindre kända i Sverige men däremot välkända i Norge. De uppträder huvudsakligen under högvintern. Tidigare var de svåra att förutsäga och utgjorde ett stort problem för fiskare i norra delen av Norska havet och Barents hav. Idag har prognoserna för polarvirvlar tydligt förbättrats. De påminner i vissa avseenden om tropiska orkaner, men energin kommer i stor utsträckning också från havsvärmen som kan uppgå till 100- tals W/m2 i sådana vädersituationer. 

kallt frysande klimat vad är växthuseffekten

Ett helt annat slag av virvelstormar/tornador är speciellt vanliga under våren och främst i den amerikanska Mellanvästern, men finns även i Sverige under namnet tromber eller strotromber. I USA är tornador förhärjande, och hela småstäder kan jämnas med marken med omfattande skador och stor förlust av människoliv.  Problemet är att tornador normalt har en utsträckning på som mest några kilometer och en livstid på endast några timmar och inte sällan kortare. Meteorologerna kan därför bara ge allmänna varningar någon dag eller några dagar i förväg. När tornadon utvecklas får man förlita sig på lokala varningar och snabbt ge sig ned i bostadens tornadokällare och hoppas att man skall klara sig.