A meteorológia múltja, jelene és jövője

Az emberiség régi vágya az időjárás folyamatainak megismerése, hiszen mindennapjai, munkája, szórakozása, vagyoni biztonsága, sőt akár az élete is szorosan függ az időjárástól. A bennünket körülvevő légkör fizikai paramétereit azonban (légnyomás, hőmérséklet, nedvesség) csak az elmúlt évezred közepe táján határozta meg a tudomány. Ezt követte e légköri jellemzők mérésére szolgáló első eszközök, műszerek kifejlesztése (hőmérő, barométer, napfénytartam mérő).

Az újkori meteorológia kezdetének 1780-at tekinthetjük. Ekkor kezdődött el a Mannheimi Társaság (Societas Meteorologica Palatina) szervezésében, az ebben az időben főként Európában és Észak-Amerika keleti partjain már rendszeresen működő, körülbelül 40-45 meteorológiai állomás adatainak öszszegyűjtése és tudományos értékelése. A tudósok a mért és összegyűjtött adatokat térképekre rajzolták, elemezték. Rájöttek, hogy ha az állomások műszereivel megmért légköri paraméterek egyenlő értékeit vonalakkal összekötik, érdekes összefüggések tárulnak fel előttük.

A fejlődés a XIX. század közepén gyorsult fel, és ebben jelentős szerepet játszottak olyan igények, amelyek a hadviselés, a katonai célok érdekében fogalmazódtak meg. A krimi háború során, 1854. november 14-ére virradó éjszaka a Krím-félsziget mellett, a Balaklavai-öbölben, néhány óra alatt súlyos károkat szenvedett az egyesült angol-francia-török hadiflotta. Elsüllyedt vagy megrongálódott több mint 30 hadihajó, elpusztult több száz tengerész. A csapást nem a cári hadiflotta mérte az angol-francia hajóhadra, hanem egy hirtelen érkezett, pusztító vihar. A nagy emberáldozattal és anyagi veszteséggel járó katasztrófát követően bízta meg a francia kormány Le Verrier csillagászt azzal a feladattal, hogy vizsgálja meg, vajon az említett, már működő meteorológiai állomások adatainak előzetes ismeretében következtetni lehetett volna-e a vihar közeledtére?

A vizsgálat eredménye a várakozáson felül pozitív lett. A katasztrófát megelőző napok megfigyelési adatainak elemzésével felismerhető és a Földközi-tenger közepétől nyomon követhető volt az a ciklon, amelyhez a szóban forgó vihar kapcsolódott. Ez a felismerés teremtette meg a meteorológián belül az új szakmai ág, az időjárás-előrejelzés tudományának alapjait. Innen már csak egy lépés volt, hogy a térképek sorozatából megismert folyamatot, azaz az időjárás közelmúltját az ezzel foglalkozó szakember gondolatban tovább vigye, vagyis a már bekövetkezett időjárási helyzeteket extrapolálja és ebből – fizikai okoskodásokkal kiegészítve – következtetéseket vonjon le a jövőre nézve. Ezzel a meteorológia elérkezett az időjárás-előrejelzés első használható módszeréhez, amit később „szakértői módszer”-nek neveztek el.

ZAVARTALAN, GLOBÁLIS ADATCSERE ÉS EGYÜTTMŰKÖDÉS

Le Verrier vizsgálatainak jelentőségét a tengeri viharok előrejelzésében elsőként a tengeri hatalmak kormányai ismerték fel, és ez a felismerés sorra nyitotta meg a pénzügyminiszterek pénztárcáit. A XIX. század utolsó három évtizedében aztán egymás után rendezték meg a szakmai munka összehangolását célzó nemzetközi értekezleteket, a szakmai eredmények cseréjét szolgáló tudományos konferenciákat. Nemzetközi egyezmények születtek a megfigyelések szabványosítására, az időjárási táviratok kódolására, a nemzetközi adatcsere rendjére vonatkozóan. A nemzetközi együttműködés világméretekben szervezetté válásának fontos állomása volt a Nemzetközi Meteorológiai Szervezet (International Meteorological Organization, IMO) 1905-ös megalakulása. 1950-ben azután az ENSZ szakosított szervezeteként megalakult a Meteorológiai Világszervezet (World Meteorological Organization, WMO), amely megteremtette az egységesen működő, világméretű időjárás-megfigyelő hálózatot (World Weather Watch, WWW) és a nemzetközi meteorológiai adatcserét még a hidegháború legkeményebb éveiben is zavartalanul bonyolító világméretű meteorológiai távközlési rendszert (Global Telecommunication System, GTS).

A TECHNIKAI KÉSZLET FEJLŐDÉSE FÖLDÖN-ÉGEN

Szintén a nagyhatású Le Verrier ötlete volt a megfigyelési adatok gyors célba juttatása érdekében felhasználni az ebben az időben rohamosan terjedő szikratávírót. A célpontok, ahová az adatoknak a távíró segítségével időben meg kellett érkezniük, az egymás után megalakuló meteorológiai intézetek voltak. ĺgy már a kezdet kezdetén megszervezték a rendszeres, az első perctől kezdve nemzetközinek is számító, kezdetben tisztán a kölcsönösségen alapuló meteorológiai adat- és információ-cserét. A megfigyelés helyét, időpontját, a mért adatokat és a megfigyelt jelenségeket rendezett, logikusan felépített számokkal helyettesítették, a számokat ötszámjegyű csoportokba rendezték és ezeket a „számkódok”-at cserélték ki a távíró segítségével. A számkódokat eleinte (XIX. század közepe) csak a földfelszíni megfigyelések számára dolgozták ki, de a későbbi évtizedekben számos meteorológiai információ számára is kifejlesztették. A módszer előnye, hogy a közlendőket rendkívül könnyen és bármely nyelven egyértelműen érthetővé és kezelhetővé tette, s ez a rendszer, apró módosításokkal az első perctől kezdve input adatforrásként szolgálhatott, a XX. század közepén a meteorológiába berobbanó számítástechnika számára.

A repülés elterjedése a XX. század elején szintén mérföldkőnek számít a meteorológia fejlődésében. A meteorológusok számára a repüléssel ugyanis nem csak szolgáltatásaiknak egy új hasznosítási területe jelent meg, hanem a légkör megismerésének egy merőben új lehetősége is. Az 50-es évek során intenzív fejlődés indult meg az előrejelzések területén. Magaslégköri mérések kísérleti jelleggel (sárkányokkal, ballonokkal, repülőgépekkel magasba juttatott műszerekkel) már korábban is voltak, de ekkor rendszeressé váltak a hatalmas ballonok segítségével 20-30 km magasba emelt és rádióval öszszekötött meteorológiai műszerekkel történő rádió-szondázások. A légkör a meteorológusok számára most már nem csak a kísérleti munkában, hanem a napi operatív gyakorlatban is két dimenzióról három dimenziósra bővült.

AZ „ELŐREJELZŐ ÜZEM” ÁLMÁTÓL A SZÁMĺTÓGÉP VALÓSÁGÁIG

Lewis Fry Richardson, angol kutató egy bonyolult egyenletrendszer megoldásával már az 1910-es években megpróbált egy 24 órás előrejelzést készíteni Európa térségére, kísérlete azonban a heroikus erőfeszítések ellenére – több tízezer szorzást és összeadást kellett manuálisan elvégeznie – kudarcot vallott. Ennek legfőbb oka az volt, hogy a számításokhoz használt kiindulási feltételek nem álltak összhangban a légkörben uralkodó egyensúlyi viszonyokkal. A kudarc másik okát a nem megfelelő számítási eljárások használata jelentette: ezen eljárások ekkor még nem ismert sajátosságai miatt, még az elemi számítások tökéletes elvégzése is irreális eredményre vezetett volna. Richardson a modellezés területén összegyűjtött tapasztalatait csak, hosszú unszolást követően, 1922-ben adta ki könyv formájában. Olyannyira meg volt győződve arról, hogy csak mérési hiba okozhatta a kudarcot, hogy kidolgozta egy „időjárás előrejelző nagyüzem” tervét, ahol 64 ezer segéderő ügyködött volna egy sportstadion-szerűen kiképzett épület lelátóján (számításai szerint ugyanis ennyi ember közreműködése kellett volna a számításokhoz, hogy azok gyorsabbak legyenek az időjárás folyamatánál). A munkát koordináló főmeteorológus a „stadion” középpontjában helyezkedett volna el, utasításait küldöncök hordták volna a résztvevők között, s egyben összegyűjtötték volna a részszámításokat is. Tervezett egy kísérletezésre alkalmas üzemcsarnokot is és az egész hatalmas létesítményt tavacskák, parkok, sportpályák övezték volna, hogy az előrejelzés fontos műveletét végzők időnként felüdülhessenek.

Végül a világ egyik első, az Egyesült Államokban kifejlesztett elektromos számítógépe, az ENIAC (17 ezer elektroncső, 2,5 m magas, 40 m hosszú szerelvényfal, 30 tonna súly) teremtette meg az eszközt ahhoz, hogy az addig hónapokat igénylő számításokat napok, esetleg órák alatt el lehessen végezni. Neumann János – a magyar származású és minden idők legfiatalabb professzora az Egyesült Államokban – javasolta, hogy az addig kizárólag katonai célokat szolgáló ENIAC-ot meteorológiai célokra is hasznosítsák. Vezetésével 1946 augusztusától 20 meteorológus dolgozott a légköri-modell fejlesztéseken, s végül 1950 márciusában gépidőt is kaptak. Modelljük segítségével az 5500 m magasban elhelyezkedő légréteg áramlás viszonyait igyekeztek 24 órával előre jelezni. A számításokat az USA-t lefedő 235 rácspontra végezték el, az adatokat és a programkódot 1 millió lyukkártyán tárolták. A kísérlet az üzemzavarok, a gyakori leállások miatt öt hétig tartott, de a tiszta számítási idő épp 24 óra lett. E sikeres kísérlet jelezte, hogy a választott út járható, s a tudósok rájöttek, hogy a számszerű előrejelzést a rácshálózat sűrítésével lehet pontosítani.

AZ ÉRZÉKELŐ ÉS ELEMZŐ HÁLÓZAT – NAPJAINKBAN

A számszerű időjárás-előrejelzés alapja és kiinduló pontja ugyanis az időjárás „pillanatnyi” állapota a számítás kezdetének időpontjában. Ez a gyakorlatban a modell prognosztikai változóinak a modell háromdimenziós rácsán történő előállítását tételezi fel. A már említett globális időjárás megfigyelő rendszer keretein belül a földkerekségen kb. 5000 föld- vagy tengerfelszíni állomáson, bójákon, emberek vagy automaták mérik óránként vagy folyamatosan a légnyomást, a levegő hőmérsékletét és nedvességtartalmát, a szél irányát és sebességét és kb. 1000 helyen, naponta kétszer, a ballonok segítségével 20-30 km magasba emelkedő rádió-szonda méri ugyanezeket a paramétereket a légkör magasabb rétegeiben. Ez az adathalmaz egészül ki a meteorológiai mesterséges holdak világűrből szondázott és a közforgalmi repülőgépek és a kereskedelmi hajók fedélzetén automaták vagy emberek által végzett meteorológiai megfigyelések és mérések, valamint az időjárási radarok adataival.

Ez a több Gigabyte-nyi információ a WMO globális távközlési rendszerén, a GTS-en keresztül jut el a számítógépes időjárás-előrejelző központokba. Az adatok feldolgozása nagy számítástechnikai feladat, amely különlegesen nagy teljesítményű és gyors számítógépet feltételez. Egy globális – teljes földgömbre vonatkoztatott – modell esetében, egy 48 órás előrejelzésnél, ahol 50 km-es rácspont távolsággal, 30 egymás fölött elhelyezkedő magassági szinttel és 5 meteorológiai elem előrejelzésével dolgoznak, 40 millió rácsponton kell elvégezni a számítást, és ha mindezt 15 perces időlépcsővel alkalmazzák, akkor a 40 milliót még meg kell szorozni 192-vel, a rácsponti számítások száma tehát 7680 millió.

A globális modellek megfelelő pontossággal írják le egy-egy nagyobb régió nagyléptékű időjárási folyamatait, kevésbé pontosan jellemzik azonban kisebb térségek (pl. a Kárpát-medence) egyes vidékeinek időjárását. Ennek oka az ilyen modellek korlátozott térbeli és időbeli felbontása, amely a jelenlegi számítási kapacitás mellett nem növelhető jelentősen. A gyorsan fejlődő és a domborzat által nagymértékben befolyásolt lokális időjárási jelenségek előrejelzéséhez ezért olyan modelleket használnak, amelyek jelentősen jobb (kb. 5-25 km) felbontásúak ugyan, mint a globális modellek, viszont nem az egész Földre, hanem csak egy kisebb földrajzi térségre (pl. Közép-Európára) szolgáltatnak előrejelzést.

Az adattömeg utófeldolgozása során kell az előrejelzéseket a modell számítási rácsáról az igényelt földrajzi pontokra interpolálni, és kiszámítani olyan alapvető időjárási jellemzőket, mint például a csapadék halmazállapota és intenzitása, a köd, a napi maximum és minimum hőmérséklet. A meteorológus előtt térképeken követhető formában jelenik meg a fontos paraméterek jövőbeni földrajzi eloszlása, változása. Ha ezeket kiegészíti légkörfizikai, klimatológiai ismereteivel, tapasztalataival, már megfogalmazhatja egy meghatározott térség várható időjárását: a prognózist.

ELŐREJELZÉS A METEOROLÓGIA JÖVŐJÉRŐL

Az időjárás-előrejelzések sikere – kiváltképp középtávon – az elmúlt évtizedben vitathatatlan, és a továbbfejlődésben egyre jelentősebb szerep jut a megfigyelő rendszer mobilizálásából származó lehetőségeknek. A jövőben a hagyományos, eddig meglehetősen merev világméretű megfigyelő rendszert kiegészíti egy rugalmas, mobil, a Föld bármely „érzékenységi területén” bevethető megfigyelő rendszer, amely tökéletesíti az előrejelző modellek kiinduló feltételeit és ezen keresztül az időjárás előrejelzéseket.

A számszerű időjárás-előrejelzések fejlődése 35 éven keresztül csaknem töretlen volt, az elmúlt 10 során azonban lelassult. Az előrejelezhetőség időtartamában bekövetkezett nagy ugrások lehetőségei nagyrészt kimerültek, a fejlődést a jövőben a kisebb régiók minél részletesebb előrejelzései területén remélhetjük.

Készítette az M&H Communications szabad felhasználásra, a szerzői jogok korlátozása nélkül.

VISSY KÁROLY meteorológus

1935-ben született Miskolcon. Az ELTE-n szerzett meteorológus diplomát 1957-ben, azóta megszakítás nélkül az Országos Meteorológiai Szolgálat munkatársa. 1993-ig a Központi Előrejelző Intézet igazgatója volt, jelenleg az elnök szakmai főtanácsadója. Főbb működési területei: az időjárás-előrejelzése és módszereinek fejlesztése, a közforgalmon kívüli polgári repülés meteorológiai kiszolgálásának megszervezése, a meteorológiai szolgáltatások gazdasági hasznosítása és a magyar média-meteorológia megalapozása.

1968-tól a Magyar Rádió, 1972-től a Magyar Televízió külső munkatársa. 1971–72-ben a 17. Szovjet Antarktisz Expedíció tagja. 1973 és 1999 között a Meteorológiai Világszervezet Repülésmeteorológiai, illetve Alaprendszerek Bizottságában Magyarország hivatalos képviselője.