1. ÚVOD
Řadu let se diskutuje o osudu synoptiky, o nedostatku nových technických třídimenzionálních pozorovacích technik, které byly dosud živou vodou jejího rozvoje.
S numerickými předpovědními metodami se synoptici zcela nesžili. Ale nepředbíhejme. Byl jsem mizerným synoptikem a po dvou letech jsem se začal plně věnovat numerickým předpovědním metodám a zasvětil jim celý život.
Kuloárové diskuse, včetně polooficiálních, vedené na meteorologických seminářích pořádaných Československou meteorologickou společností měly zásadní vadu; konaly se bez spontánní účasti synoptiků. Byly tyto diskuse, bez účasti kritizovaných, legitimní, a mohly něco vyřešit? O tom všem a dalších souvislostech pojednávají následující řádky.
2. HISTORIE
Nezačneme-li od starých Řeků, potom mají obě metody společného jmenovatele, a to norskou povětrnostní službu. V této zemi měla synoptická metoda ideální podmínky. Západně od norského pobřeží leží Atlantský oceán. Posádky lodí plující oběma směry systematicky zaznamenávaly průběh počasí. Bergeron se svými spolupracovníky tyto údaje pečlivě vyhodnocoval. Přidržíme-li se zjednodušeného pohledu, potom můžeme říci, že identifikovali Islandskou níži a Azorskou výši. Navrhli úchvatný systém vzájemně se ovlivňujících vzduchových hmot různých teplot a jejich styčnou plochu nazvali frontálním rozhraním. Z těchto úvah vyplynuly zákonitě fronty a jejich teorie, včetně průběhu počasí na jednotlivých typech front. To jsou všechno notoricky známé skutečnosti. Důležité je to, že metoda je založena na okamžitém přehledu počasí nad rozsáhlými oblastmi. Jednalo se o originální a nesmírně úspěšnou metodu předpovědí počasí, dominantně závislou na rychlosti přenosu měřených veličin ze stanic do center zpracování. S filigránskou přesností byly vypracovány šifrovací kódy, které dodnes nesou stopy začátků telegrafie: jsou členěny do bloků po pěti znacích. V začátcích byla k dispozici pouze přízemní pozorování a analýza povětrnostní mapy byla ryze subjektivní záležitostí, často problematickou nad oceány a málo obydlenými oblastmi. O proudění ve vyšších hladinách se pouze teoretizovalo na základě ojedinělých balonových měření. S nástupem Molčanovových radiosond a pokusů Vaisalových se začaly objevovat na mapách údaje z vyšších hladin atmosféry. Během druhé světové války a hlavně po jejím skončení nastal nový bouřlivý rozvoj synoptiky na bázi trojrozměrného poznávání proudění.
Poněkud odlišný vývoj zaznamenal druhý fenomén. V roce 1905 publikoval Vilhelm Bjerknes stať, ve které definoval fyzikálně-matematické možnosti předpovědi počasí. Praktické řešení soustav parciálních diferenciálních rovnic s fyzikálními parametrizacemi na pravých stranách rovnic bylo však v té době technicky neřešitelné.
Základní, ale tragický pokus s fatálními následky pro další tři dekády provedl v roce 1922 L. F. Richardson. Stovky pracovníků s mechanickými kalkulátory po řadu měsíců počítaly jednu jedinou neúspěšnou předpověď. Synoptici byli tímto pokusem povzbuzeni. Do hry vstoupilo jak geostrofické pravítko, tak studia všeobecné cirkulace atmosféry atd. Synoptika úspěšně řešila transformaci vzduchových hmot geografickým podkladem V první polovině 50. let se začaly kreslit polokoulové mapy přízemního tlakového pole a hladiny 500 hPa. Vznikla řada typizací, uveďme pouze Multanovského, Hesse-Brezovského a Scherhagovu školu na univerzitě v Hamburku. Objevila se řada typizací počasí. Zde nelze opomenout práce J. Brádky a Z. Gregora. Nesmíme zapomínat na využívání výsledků dynamické meteorologie v synoptické praxi. Uveďme pouze pro zajímavost Sutcliffovu teorii a Defantovu advektivní metodu. Do popředí se dostávaly práce C.-G Rossbyho, J. Charneye a řady dalších.
Vlastní synoptika však začala ztrácet dech, a to do doby, než se objevily první družicové snímky oblačných systémů vysílaných družicemi s polární drahou letu. Ty potvrdily genialitu norské školy. Pokud šlo o první provozní výsledky numerických předpovědí, synoptici se soustředili na jejich kritiku (v té době ještě oprávněnou).
Invektivy z jedné i druhé strany, vybuchující ve všech povětrnostních službách, zavinily obě strany. Na základě proklamací numeriků očekávali synoptici právem výraznější výsledky předpovědí termobarických polí. Nebrali ohled na objektivní potíže, s kterými museli dynamičtí meteorologové bojovat. Výkonnost počítačů prudce rostla a příprava vstupních dat celý proces zdržovala. Hledaly se metody automatického zpracování dat, objektivní analýzy apod. Dle mého soudu se numeričtí meteorologové dopouštěli dvou zásadních chyb:
I. Nekriticky obhajovali své výsledky a publikovali pouze kvalitní předpovědi (omluvou nemůže být snaha o zdůvodnění obrovských finančních nákladů na výpočty).
II. Malá ochota vysvětlovat meteorologům ve službě konstrukci, a tudíž skutečné možnosti atmosférických modelů, včetně, a to bych rád zdůraznil, malé ochoty spolupracovat při vyhodnocování výsledků.
Synoptici se uchýlili k důsledné interpretaci snímků oblačnosti. Snímky všech používaných spektrálních pásem přestaly být podpůrnou informací, nýbrž informací dominantní při analýze povětrnostní mapy. Názorným příkladem může být v ČHMÚ stanovování okamžiku přechodu front přes Prahu. Tato velmi významná, nicméně však podpůrná informační technika, se téměř vyvinula v samostatný obor.
Družicové informace vzbudily zájem i meteorologů-teoretiků, zvláště jejich spirálovitý charakter. Zdálo se mi, že až do objevu prvního snímku pochybovali o základech norské školy. Jiná skupina, podstatně však významnější a hlavně pragmatičtější, se snažila přetransformovat data z družic do profilů teplotního zvrstvení, tj. odvozovat geopotenciální výšky standardních izobarických hladin, teplot, vlhkostí a dalších charakteristik a doplňovat tak chybějící měření. Výsledky byly včleněny do řady nových kódů (SIRS, SATEM, SATOB, SARAD). Výsledky nejsou dosud zcela přesné, ale podařilo se zacelit prázdnotu po zrušených stálých meteorologických lodích v obou oceánech a upřesnit tak objektivní analýzu.
Téměř stejný vývoj a uplatnění zaznamenala radiolokační technika. Kombinace obou uvedených technických prostředků výrazně zlepšila výstražnou povětrnostní službu. Tolik k novým technikám, které nerozvíjela synoptika, nýbrž je toliko exploatovala. Příklady slouží k tomu, abychom mohli přejít k současnosti.
3. SOUČASNOST
Synoptici tvoří samostatnou skupinu pracovníků, předpovídajících počasí na základě dokumentů poskytovaným jim druhými pracovišti. Do přípravy předpovědí vkládají svoji invenci a zkušenosti. „Servisní“ pracovníci ovládají naopak moderní škálu techniky a průběžně získávané informace rozvíjejí. Úloha synoptiků je v tomto směru zcela pasivní. Tuto svoji roli zdůvodňují tím, že jsou zahlceni povinnostmi vydávat průběžně předpovědi a soustavně poskytovat informace o průběhu počasí zvláště v krizových situacích. Tyto informace, bohužel, nepředávají přímo médiím či institucím, ale zprostředkovatelským agenturám majícím licenci příslušných meteorologických ústavů, včetně ČHMÚ. Na výzkumu a vývoji metodik, které používají, se nepodílejí, maximálně se někteří z nich snaží o sofistikované vyhodnocování jejich úspěšnosti. Přes neustálou kritiku kvality numerických předpovědí termobarických polí, teploty, srážek, větru atd. jim nebrání denně ji používat. Jsem přesvědčen, že vývoj budoucího termobarického pole si bez numerických předpovědí nedokáží představit vůbec. V čem je tedy problém?
Do prognostických center přichází denně pět až šest typů předpovědí z různých center. Jedná se o globální a regionální předpovědi s vysokým horizontálním a vertikálním rozlišením a maximálním počtem fyzikálních parametrizací, odrážející současný stupeň poznání. I když mají modely obecně shodnou konstrukci, lišící se pouze integrační technikou a použitou orografií a u objektivních analýz volbou předběžného pole, dochází někdy k výrazným rozdílům ve vlastních výstupech. Tím je synoptik vystaven dilematu, který model upřednostnit na úkor ostatních. Protože nezná konstrukci žádného modelu (starší tuto problematiku nestudovali nebo se jí nevěnovali), je odkázán stejně jako v minulosti (za dob maximálního rozkvětu synoptiky) na subjektivní posouzení, na svoji paměť (která je většinou velmi vytříbená) a eliminační schopnost vybrat model s optimálním vývojem. Do takto zvoleného modelu implementuje fronty umožňující mu známými mechanismy definovat počasí.
Které další postupy z plejády nabízených je synoptik schopen využívat? Tvrdím – žádné. Synoptik bránící se tím, že nemá čas, není zcela upřímný, protože oproti předchozím letům je osvobozen od mnoha rutinních postupů. Má k dispozici jak animace termobarických polí, tak animace průběhu minulého vývoje oblačných systémů a jejich transformací do srážkových pásů stanovených radarovými měřeními. Navíc má k dispozici minimálně stovku odvozených veličin a parametrů, počínaje divergencí, vorticitou, potenciální vorticitou, vertikálních rychlostí, a konče Q-vektory. Může disponovat prognostickými vertikálními profily termobarických veličin z libovolně zvolených míst včetně meteogramů. Jsem přesvědčen, že většina těchto veličin tvoří pouze meteorologický šum. Opět se však nelze divit, protože starší synoptik se nikdy s těmito veličinami a hlavně s jejich interpretací nesetkal, a tudíž ji nemůže zodpovědně používat (jde o velký hřích vysokých škol).
Předpověď počasí občas těmito antagonistickými postoji obou stran trpí. V ČHMÚ, kde sídlí mezinárodní organizace LACE a centrum je vybaveno výjimečně kvalitním a rychlým superpočítačem, je tento problém obzvlášť bolestný.
4. BUDOUCNOST
V úvodu jsem zmínil společný jmenovatel obou základních směrů předpovědi počasí. Jsem přesvědčen, že téměř po jednom století je žádoucí, aby se oba směry vrátily k původním ideám, využívajíce při tom všech současných i budoucích technických vymožeností k jedinému cíli: zkvalitnit jak krátkodobé, tak, a to především, střednědobé, maximálně však desetidenní předpovědi počasí.
Předpověď počasí se zlepší intenzivním využíváním nových objektivních fyzikálně-matematických metod. Klasická synoptika se bude postupně transformovat na dynamickou meteorologii.
Numeričtí meteorologové, či přesněji řečeno fyzikové, se musí urychleně věnovat nehydrostatickým modelům na bázi Businesquových rovnic a nabídnout první praktické výsledky teorie chaosu. Společnými silami se musí věnovat konfrontaci výsledků modelů s měřenými hodnotami jednotlivých prvků na meteorologických stanicích a observatořích. Nemám na mysli, jak to je dnes běžné, popis vyhotovených tabulek a elegantních grafů bez fyzikální invence. Stejně tak nepochybuji, že současná generace meteorologů bude i nadále používat rutinní metody.
Rychlost zavádění nového pojetí modelových předpovědí počasí bude závislá na tom, jak tuto nabídku zvládnou jednotlivé katedry vysokých škol. Tvorba nových moderních učebních plánů musí vycházet nejen z profesí, zájmů a orientace pedagogů, ale z konsenzu jak s vědeckými, tak provozními institucemi všech typů. Musí dojít k výrazné specializaci kateder a škol. Netýká se to pochopitelně jen meteorologie, ale i klimatologie. Tento obor se v posledních letech diferencuje hrubě řečeno na klasickou klimatologii se statistikou a klimatologii modelující klima s cílem předpovědi klimatických změn, vycházející při tom z teorie klasických modelů. Zatím interpretace jejich nedokonalých výsledků straší obyvatelstvo z následků růstu skleníkových plynů.
5. ZÁVĚR
Po tomto velmi hrubém rozboru si položme otázku, jaké jsou možnosti dalšího rozvoje dosud převládající synoptické metody předpovědi počasí. Jsem přesvědčen, že žádné. Zelenou budou mít v příštích padesáti letech stále propracovanější regionální modely na nehydrostatické bázi. Fronty tvořící základní berličky synoptiků na celém světě budou nahrazeny vypočítanými a počítačem taktéž formulovanými předpověďmi.
Meteorologové – v první fázi přeškolení synoptici – budou tyto objektivní (na nich nezávislé) postupy kontrolovat. Po většinu času budou studovat zpětné vazby mezi výsledky modelů a vlastním průběhem počasí. Pro tento progresivní a nezadržitelný vývoj bude nutné splnit dvě podmínky:
I. Bez ohledu na optimalizaci a nedostatek finančních prostředků podstatně zahustit síť profesionálních meteorologických stanic a observatoří měřících komplexní škálu atmosférických jevů.
II. Radikálně změnit učební osnovy na vysokých školách. Pedagogové již řadu let dobře vědí či aspoň tuší, že výuku je nutné transformovat, ale dosud se k tomu neodhodlali. Stále se intenzivně učí klasická synoptika a desítky hodin se věnují analýze povětrnostní mapy. Dynamické předpovědní metody musí být rozšířeny a doplněny o aplikační metody z nich plynoucí.
Tento proces nebude skokový, bude postupně nabíhat, předpokládám jeho ukončení nejpozději za deset let. V tomto období se musí synoptičtí meteorologové intenzivně věnovat studiu speciálních povětrnostních situací zatím špatně postižených modely. Oba tábory musí spolupracovat v zájmu kvalitní předpovědi počasí s plným vědomím, že tato fyzikální disciplína má oproti ostatním oborům fyziky zásadní hendikep – nikdy nebudeme moci opakovat žádný pokus a tak si ověřovat své úvahy.
Miroslav Škoda, MZ 2001/2, ročník 54, str. 37-38