Předpověď počasí

Pokrok na počátku 20. století

Důležitým aspektem předpovědi počasí je výpočet vzorce atmosférického tlaku - polohy výšek a minim a jejich změn. Moderní výzkum ukázal, že tlakové vzorce na úrovni hladiny moře reagují na pohyby horních atmosférických větrů svými úzkými, rychle se pohybujícími proudovými paprsky a vlnami, které se šíří vzduchem a vzduchem prochází skrze sebe.

Častá překvapení a chyby při odhadování vzorců atmosférického tlaku na povrchu nepochybně přiměly prediktory 19. století hledat informace o horní atmosféře pro možná vysvětlení. Britský meteorolog Glaisher během šedesátých let minulého století provedl balónem řadu stoupání a dosáhl nebývalé výšky devíti kilometrů. Zhruba v tuto dobu začali vyšetřovatelé na kontinentu používat bezpilotní balóny k přenášení záznamových barografů, termografů a hygrografů do vysokých nadmořských výšek. Během pozdních 90. let minulého století používali meteorologové ve Spojených státech a Evropě draky vybavené přístroji k měření atmosféry až do výšek asi tří kilometrů. Přes toto úsilí zůstaly znalosti o horní atmosféře na přelomu století velmi omezené. Situaci ještě zhoršil zmatek vytvořený pozorováním z meteorologických stanic umístěných na horách nebo na vrcholcích kopců. Taková pozorování často neprokázala, co se očekávalo, částečně proto, že o horní atmosféře bylo známo jen málo, a částečně proto, že samotné hory ovlivňují měření, což vedlo k výsledkům, které nereprezentují to, co by bylo nalezeno ve volné atmosféře ve stejné výšce.

Naštěstí již dost vědců předložilo nápady, které by pro předpovědi počasí umožnily uvažovat trojrozměrně, i když chyběla dostatečná meteorologická měření. Henrik Mohn, první z dlouhé řady vysoce kreativních norských meteorologů, Wladimir Köppen, známý německý klimatolog, a Max Margules, vlivný ruský rodák, všichni přispěli k názoru, že mechanismy horního vzduchu generují energii bouří.

V roce 1911 publikoval britský meteorolog William H. Dines údaje, které ukazují, jak horní atmosféra kompenzuje skutečnost, že nízkoúrovňové větry vedou vzduch do nízkotlakých center. Dines uznal, že příliv v blízkosti země je víceméně vyvážen cirkulací nahoru a ven nahoře. Ve skutečnosti, aby se cyklón zesílil, což by vyžadovalo snížení centrálního tlaku, musí odtok přesahovat přítok; povrchové větry se mohou poměrně silně sbíhat směrem k cyklonu, ale dostatečný odtok ve výšce může způsobit pokles tlaku ve středu.

Meteorologové té doby si byli vědomi, že vertikální cirkulace a jevy horního vzduchu jsou důležité, ale stále ještě neurčily, jak by takové znalosti mohly zlepšit předpovědi počasí. V roce 1919 pak norský meteorolog Jacob Bjerknes představil tzv. Norský cyklónový model. Tato teorie spojila mnoho dřívějších myšlenek a spojila vzorce větru a počasí s nízkotlakým systémem, který vykazoval průčelí - což jsou poněkud ostré svahové hranice mezi hmotami studeného a teplého vzduchu. Bjerknes poukázal na dešťové srážky / sněžení, které jsou charakteristicky spojeny s průčelími v cyklonech: déšť nebo sníh se vyskytuje na velkých plochách na studené straně postupujícího teplého předního pólu nízkotlakého centra. Zde jsou větry z nižších šířek a teplý vzduch, jako světlo, klouže po velké oblasti studeného vzduchu. Před cyklonem se rozšířily šikmé mraky; barometry klesají, když se bouře blíží, a srážky ze stoupajícího teplého vzduchu klesají skrz studený vzduch pod. Tam, kde studený vzduch postupuje do zadní části bouře, říkají bouře a sprchy prudké zvedání teplého vzduchu. Koncept front tak soustředil pozornost na akci na hranicích vzdušné hmoty. Norský cyklónový model lze nazvat čelním modelem, protože myšlenka, že se masy teplého vzduchu zvedají nad studený vzduch podél jejich hran (front), se stal hlavním předpovědním nástrojem. Model nejen zdůraznil myšlenku, ale také ukázal, jak a kde ji uplatnit.

V pozdější práci Bjerknes a několik dalších členů tzv. Bergenovy školy meteorologie rozšířili model, aby ukázali, že cyklóny rostou ze slabých poruch na frontách, procházejí pravidelným životním cyklem a nakonec umírají přílivem, který je naplňuje. Norský cyklónový model i související koncept životního cyklu jsou dnes používány předpovědi počasí.

Zatímco Bjerknes a jeho kolegové z Bergenu zdokonalovali cyklónový model, jiní skandinávští meteorologové poskytli hodně teoretického základu pro moderní předpověď počasí. Mezi nimi byli především Vilhelm Bjerknes, Jacobův otec a Carl-Gustaf Rossby. Jejich nápady pomohly pochopit a pečlivě spočítat změny atmosférické cirkulace a pohybu horních vln, které řídí chování cyklónů.