Siffror, formler, nederbörd

Det har snöat idag. Temperaturen har legat kring nollstrecket, vinden har varit svag och nordlig. Ganska tråkigt väder. Men fint med snöflingor som dansar kring lamporna i granen utanför fönstret.

Vädret är vårt kanske vanligaste samtalsområde och någonting som i allra högsta grad styr och påverkar våra liv. Vi är beroende av att veta hur vädret skall bli, eftersom det säger oss allt från hur hög elräkningen kommer att bli, till hur väl kommunikationerna kommer att fungera och hur vi bör klä oss. Vårt väder är avgörande för hur årets skördar blir, och hur stor glassförsäljningen blir i sommar. Men hur kan man veta hur vädret kommer se ut imorgon?

Ett av de första försöken att matematiskt beräkna hur vädret skulle förändras gjordes av britten Lewis F. Richardson, som 1910 med hjälp av väderobservationer från Centraleuropa försökte förutsäga vädret tre timmar framåt. Beräkningarna tog honom fem år att utföra, och resultatet var allt annat än lyckat. Richardsons beräkningar förutspådde vindhastigheter på flera hundra meter per sekund – i motsatt riktning till den uppmätta.

En 24-timmarsprognos idag kräver cirka sju miljarder multiplikationer, divisioner och additioner. Dagens meteorologer har dock betydligt bättre förutsättningar än Richardson – till sin hjälp har de enorma mängder datorkraft i form av otaliga superdatorer. De numeriska prognoser som dessa gör ligger till stor del till grund för de detaljerade väderprognoser vi ser i press, radio, TV och på internet.

För att göra en väderleksprognos måste man ha information om hur vädret ser ut i ett större område. Ett stort antal väderobservatörer gör därför vid fasta tidpunkter varje dag synoptiska – samtidiga – observationer av vädret. De synoptiska observationerna ritas in på en väderkarta. När man analyserar kartan får man en helhetsbild av väderläget. Med dess hjälp kan man beräkna hur lågtryck och nederbördsområden rör sig och hur bland annat vindar, temperatur och tryck kommer att förändras i framtiden. Det är dessa förutsägelser som är prognosen.

De observationer som görs vid markytan innefattar normalt temperatur, vindriktning, vindhastighet, luftfuktighet, sikt, lufttryck, rådande väder och moln. Termometern och hygrometern är placerade i en noggrant placerad termometerbur. Dess utseende och placering är viktig för att få bra observationer – instrumenten får inte visa felaktiga värden på grund av att de utsätts för direkt solljus eller liknande.

Observationer görs manuellt var tredje timme dygnet runt på ett flertal platser i Sverige. Dessutom finns ett stort antal automatstationer, där avläsningarna görs automatiskt. Dessa användes tidigare bara på platser där det var svårt att få observatörer – exempelvis till havs och på fjället. Idag är de dock betydligt fler än de manuella stationerna. I min barndoms Borlänge finns en automatstation, samt en manuell station som främst mäter nederbörd. Närmaste manuella synopsstation ligger i Malung.

Markobservationerna komplimenteras med mätningar högre upp i atmosfären med hjälp av mätutrustning med radiosändare, som skickas upp med ballonger. Ballongernas positioner bestäms med hjälp av satelliter. Man får då information om temperatur, fuktighet och vind på olika nivåer upp genom atmosfären. Vinden på tre kilometers höjd brukar vanligtvis visa vart regnmolnen rör sig. I Sverige finns sex radiosondstationer, och sonderingarna görs två gånger per dygn.

Alla observationer ritas in som siffror och symboler på en karta. Linjer dras mellan områden som har samma lufttryck, och man kan då se var låg- och högtryck befinner sig. Linjer för lika stora tryckförändringar under en viss tidsperiod ritas också in, så att man kan ser hur trycksystemen rör sig och förändras. Områden med nederbörd markeras även de.

Kartan komplimenteras med hjälp av satellit- och radarbilder. Satellitbilderna visar bland annat moln, och används dessutom för att upptäcka ozonhål. Radarbilderna visar var regnskurar bildas och hur de rör sig.

Manuella prognoser görs genom att man utnyttjar kunskaper om vädrets normala beteende. Man förlänger de rörelser fronter och regnväder har på den uppritade kartan och får på så sätt fram en trolig väderutveckling. Idag görs dock arbetet av datorer. Manuella prognoser görs mest för att bedöma rimligheten i den datorberäknade prognosen. Datorerna gör numeriska prognoser genom att lösa ekvationer som beskriver jämviktstillstånd och rörelser i atmosfären. De modeller som används speglar en förenklad version av verkligheten, men är ändå tillförlitliga. Ofta är det fel i de observationer som ligger till grund för beräkningarna, och inte fel i uträkningarna eller modellerna, som gör att prognoserna inte stämmer. Ett annat problem är att man inte har observationer för varje punkt, vilket gör att man inte har all den information som skulle behövas för riktigt tillförlitliga beräkningar. Över haven finns det exempelvis stora luckor i observationsnätet.

SMHI får tack vara sitt medlemskap i ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) dagligen tillgång till globala väderprognoser för 10 dygn framåt. ECMWF är en organisation som stöds av 25 europeiska länder och är världsledande inom sitt område. Man använder ett mycket kraftigt datorsystem och med dessa prognosers hjälp, och de mätdata man får från de olika länderna i Europa kan SMHI presentera sina prognoser. Prognoserna från ECMWF är för 3-10 dygn framåt.

SMHI:s regionala väderprognoser, för 1-2 dygn framåt, görs vid NSC (Nationellt SuperdatorCentrum) i Linköping. Med hjälp av den numeriska prognosmodellen HIRLAM (High Resolution Limited Area Model) prognoser som är mer detaljerade än ECMWF:s globala prognoser fram. Modellens data används sedan som indata i en mängd andra meteorologiska, hydrologiska och oceanografiska modeller.

Om inget annat anges beskriver prognoserna vädret för klockan 13 (vintertid) eller 14 (sommartid) den aktuella dagen. Kring dessa klockslag observerar man vanligen dygnets maxtemperatur. Minimitemperaturen observeras vid och strax innan soluppgången.

Fysiken är en vetenskap som försöker beskriva fenomen i naturen med hjälp av siffror och formler. Eftersom man så gott som aldrig kan ta hänsyn till, eller ens känner till, alla de faktorer som spelar in arbetar man med modeller och förenklingar.

Meteorologin är ett av många exempel på hur fysikaliska beräkningar kan komma till stor nytta för människan. Men, som en del av fysiken är den också bunden av dess begränsningar – att man jobbar med en förenkling av verkligheten. Att få prognoser som med hundraprocentig säkerhet stämmer är en omöjlighet – alldeles för många faktorer påverkar vårt väder, och vi kan aldrig veta hur vädret ser ut i varje punkt på jorden.

Med meteorologins begränsningar i åtanke är det är svårt att inte låta sig imponeras av att man med hjälp av några formler trots allt faktiskt med god precision kan förutsäga hur vädret kommer att bli. Den goda vetenskap som ligger bakom prognosmodellerna och de meteorologiska mätinstrumenten är beundransvärd.

Väderleksprognosen som avslutar Aktuellt varje kväll är mer än bara en upplysning om hur vädret kommer att bli. Den är beviset på att man kan komma nästan hur långt som helst med några meteorologiska instrument, en karta och… sju miljarder matematiska operationer.