Tag - Meteorologi

Av Anders Persson

De konventionella ECMWF-prognoserna för London nästa fredag, då Olympiaden invigs, hoppar (som man kan se på en del webbsidor) mellan ytterligheterna 18 grader och ostadigt och 26 grader och soligt. Eftersom de är någorlunda pålitliga bara 5-7 dagar framåt kan de följaktligen inte ge någon användbar indikation.

Det kan däremot ECMWF:s s.k. ”ensembleprognoser”, 50 alternativa datorprognoser som tar hänsyn till möjliga fel och därför körs upp till 15 dygn. De visar att, efter det miserabla vädret i morgon (torsdag) förbättras vädret stadigt i södra England från och med söndagen med stor sannolikhet nästa vecka för mestadels torrt väder och maximitemperaturer väl över 20 grader. Det är en utlöpare från det Azoriska högtrycket som ser ut att kunna rädda vädret på invigningsdagen.

Från en kollega på Meteorological Office i England fick jag en länk till BBC där man på ett ypperligt sätt beskriver hur förhållandena i en del av världen, i detta fall Nordamerika snabbt kan påverka vädret nerströms, i detta fall västra Europa. Den väderförbättring som troligen föregår den Olympiska invigningsdagen sätts här in i ett hemisfäriskt sammanhang.

/Anders Persson

Av Anders Persson

Efter del 4 i min serie om hur bra väderprognoserna är så fick jag en fråga om det fanns några slags ”återkopplingssystem” för att ta till vara erfarenheter.

Jo, sådant finns på många vädertjänster, jag har själv utvecklat ett för SMHI och mitt arbete på Meteorological Office i Exeter 2008-2010 hade detta som huvudändamål. Principer bygger på ”självlärande ekvationer”, dvs ett matematiskt system som lär sig av erfarenheter och dag för dag uppdaterar sina korrektioneri skenet av nya erfarenheter.

Man måste dock tala om för system vilken typ av korrektionerna den ska leta efter. Det enklaste är att säga åt systemet att den ska leta efter ”biasar” dvs skillnader mellan prognos och observationer som är desamma oberoende av  prognosens värde. Det är mycket likt det som meteorologen gör, kollar om datorprognosen i genomsnitt är för varm eller kall, och sedan noterar hur detta kan ändra sig med årstiden.

Lite svårare är att upptäcka systematiska fel som beror på prognosen själv, t.ex. att det inte finns några större systematiska fel när det är milt, men på tok för höga värden när det är kallt. Men det kan systemet med de ”självlärande ekvationerna”. Nedan är ett exempel på hur ECMWFs temperaturprognos för en fyrstation utanför Luleå rättats. Lägg märke till att ändringen är större när det är kallt än ganska milt.

Figurtext: Så kallad ”Kalmanfiltrering” av datoriserad 1-dygns prognos (streckad linje). Utifrån sina dagliga ”erfarenheter” av prognosens träffsäkerhet, dvs överensstämmelse med observationer (röda kulor)  kan dessa ”självlärande ekvationer” korrigera prognosen med viss framgång (heldragen linje).

Det som är extra spännande med detta system är hur lite data den behöver. Det enda som lagras i minnet är den senaste, ännu ej verifierade prognosen. När den matchats mot en observation och ekvationerna något modifierat sig, spolas både observation och prognos ur minnet. Detta skiljer systemet från äldre system där man använde arkiverade observationer och prognoser från de sista 3-5 åren för att skapa matematiska relationer mellan dem som kunde användas som korrektioner. Problemet med dessa system var att relationerna 3-5 år tillbaka i tiden inte alltid var ”up to date” på grund av ständigt pågående modellförbättringar.

För dem som vill veta mer kolla en pdf av en presentation som jag var med och tog fram på ECMWF. Texten kan här och där vara lite teknisk, men hoppa över de rutorna och koncentrera dig på diagrammen av prognoser före och efter korrektionen samt den schematiska bildsviten av hur ett ”Kalmanfilter” fungerar.

/Anders

Av Anders Persson

I en av mina kommentarer till den tredje delen av denna artikelserie gav jag bakgrunden till den destruktiva rivalitet som utvecklats mellan prognosmeteorologer och datormeteorologer. Detta gäller inte bara i Sverige utan runt om i världen.

Orsaken är att alltsedan datorprognoserna började utvecklas för sisådär 50 år sedan har det hetat att ”om 5-8 år behöver vi inga meteorologer”. Detta var dock bara taktiksnack. Datorkillarna visste att statsmakterna inte lyssnade på löften om bättre prognoser men däremot var lyhörda för möjligheterna av billigare prognoser. Därför kom utbildningen av meteorologer aldrig att befatta sig i nämnvärt med hur de skulle samspela med numeriska prognoser (dataprognoser eller NWP). Varför kosta på en utbildning som skulle vara onödig om 5-8 år?

Bildtext: 1905 började SMHI utfärda kulingvarningar som sista institut i nordvästra Europa, från 1924 utvärderade man också deras kvalitet – men komplikationer tillstötte på 1950-talet…

Men också en annan faktor hämmade utbildningen, och här är både datormeteorologer och prognosmeteorologer ansvariga: man ogillade djupt inblandning av statistiker eller statistiskt kunniga meteorologer, dvs folk som verkligen kunde besvara frågan i rubriken ovan ”Hur bra är väderprognoserna?” Ty i den mån de meteorologiska instituten runt om i världen bedrev prognosverifikation, dvs statistisk utvärdering av väderprognoserna, visade dessa resultat irriterande ofta inte hur bra prognoserna var ”egentligen”, dvs enligt vad meteorologerna själva ansåg. Meteorologins historia är därför full av dråpliga eller tragikomiska episoder hur meteorologerna söker ducka frågan ”Hur bra är väderprognoserna?”.

Anders Ångström hette en legendarisk meteorolog i början av förra seklet (son och sonson till den berömde fysikerna och själv generaldirektör 1949-54). 1924 när ”rundradion” började radiera väderprognoser satte Ångström på sunda vetenskapliga principer i stånd ett verifikationssystem av prognoserna för land- och sjödistrikt. Kvaliteten av de senare mättes i vad mån utfärdade kulingvarningar (dvs vind mer än 14 m/s) korrelerade med inträffade kulingar. Siffrorna utvärderades i slutet av året och meddelades i den årliga rapporten till K:Majt – där de förfarande finns att beskåda.

I takt med den tekniska och vetenskapliga utvecklingen inom meteorologin blev dessa prognoser sakta men säkert bättre. Men i slutet av 1950-talet bröts trenden och korrelationerna började gå neråt. Vad hade hänt? Jo, Sjöfartsverket hade börjat rationalisera och dra in utsjöfyrarna, dvs fyrarna långt från land. Detta hade konsekvenser för verifikationssystemet i synnerhet för kusten mellan Gävle och Sundsvall; när det rådde västlig kuling till havs rapporterade de kvarvarande fyrarna i lä av kusten sällan över 14 m/s.

Ett problem hade uppstått, och hur löstes det? Jo, meteorologerna fick bestämda muntliga instruktioner att vara försiktiga, återhållsamma med att varna för västlig kuling mellan Gävle och Sundsvall! Vi lär aldrig få veta hur många sjömäns och fiskares liv som sattes i fara genom denna politik, men den hjälpte upp statistiken.

Jag började själv på SMHI under denna epok och minns hur vi meteorologer, som både ville rädda människoliv och förbättra SMHI:s statistik uppfann diverse kluriga vägar runt ”förbudet”. Det vanligaste var att prognosera västlig hård bris (mindre än 14 m/s) med tillägget ”tidvis ökande” eller ”lokalt kuling” eftersom dessa formuleringar inte krävde en formell kulingvarning.

Under denna tid hade verifikationerna av landvädret fortsatt utan att väcka uppmärksamhet. Detta var egendomligt ty när man började titta närmare på den under 1970-talet upptäcktes att enligt dessa siffror, pliktskyligt redovisade för K:Majt varje år hade SMHI:s landväderprognoser inte förbättrats ett dugg sedan 1924, möjligen blivit något sämre! Man löste detta problem på rent administrativ väg genom att helt sonika upphöra med verifikationen 1977!

Det var synd, ty hade man tagit vetenskapligt på problemet och gått till botten med frågan varför bevisligen bättre prognoser inte visar sig i statistiken hade man kanske löst det problem som förföljt moderna datamaskinsmeteorologer in i våra dagar: trots att deras datamaskinsmodeller bevisligen förbättrats visar statistiken bara blygsamma förbättringar eller inga alls. Men det får bli nästa kapitel.

/Anders

PS. I Lars-Göran Nilssons och Anders Nylunds nyligen publicerade bok om sjörapporten finns i kapitlet om Kuggören ett avsnitt med rubriken: ”Tidvis ökande… När meteorologerna lärde sig att trolla bort kulingar.” (Boken heter ”Sjörapporten : om väder, fyrar och skeppsbrott längs våra kuster”. Se sidan 215-216). DS.

Av Anders Persson

I december i fjol när jag fortfarande arbetade i England hände något märkligt på den meteorologiska fronten: brittiska regeringen lät gratulera deras Meteorological Office och väderavdelningen på BBC för en ovanligt lyckad insats. Den brittiska regeringen uttryckte i detta sammanhang verkligen ”folkets röst”, mina brittiska vänner och bekanta var också imponerade. Så vad hade hänt? Egentligen mycket lite – med vanliga mått mätt.

I början av december dök det upp ett lågtryck ute på Atlanten som enligt datorberäkningarna skulle anlända till de brittiska öarna en vecka senare. Lågtrycket såg ut att utveckla sig till ett kraftigt oväder.

Inget ovanligt i detta, hösten hade varit full med kraftiga oväder. Det ovanliga med detta lågtryck var dess ombytlighet; beräkningarna tydde ömsom på att det skulle drabba Skottland med stormvindar, ömsom att mellersta England (Midlands) skulle drabbas av kraftigt snöfall och andra ytterligare att södra England hotades av storm och kraftigt skyfall med risk för översvämningar. Det enda som verkade någorlunda säkert var att ovädret skulle slå till någon gång mellan torsdagen den 15:e och fredagen den 16:e.

De brittiska meteorologerna valde i detta läge en djärv strategi. Den var inte improviserad på stunden utan frukten av långa och omfattande diskussioner i den brittiska meteorologiska samfälligheten. Jag vet, ty under mina många år i England hade jag haft nära kontakter med mina brittiska kollegor och 2008-10 till och med varit anställd på Meteorological Office, med uppgift att förbättra deras prognoser. I detta förbättringsarbete ingick också hur man skulle få prognoserna att också  u p p l e v a s  som bättre. Med detta räckte inte förbättringar i statistisk mening (mindre fel).

Så till exempel hade undersökningar visat att hälften av alla klagomål på ”dåliga” prognoser egentligen gällde ”hoppiga” prognoser. Ett annat var när meteorologerna fallit för ”machomyten” och framställt sig och sina prognoser som mer säkra än vad som var motiverat. Kring den 11 december 2011 beslöt de brittiska meteorologerna, i synnerhet de på BBC, att tillämpa vad som diskuterats över åren, även om det ledde till mycket okonventionella resultat.

För det första frångick de sin vana att i TV visa isobarkartor. Dessa datorgenererade produkter skulle ju klart visa hur prognoserna hoppade från ett tillfälle till ett annat (storm i Skottland alternativt snö i Midland eller kanske istället massor med regn i södra England). För det andra så berättade man öppet om de svårigheterna man hade att ”beräkna” lågtryckets bana. Man sade aldrig att ”datorn lurar oss” utan ”vi måste ständigt revidera våra beräkningar”. Den brittiska allmänheten hade alltså ingen klar bild av vad som skulle ske 15-16 december, bara att något ”hemskt väder” hotade!

Figur 1: De brittiska meteorologerna visade vid flera tillfällen kartor för olika möjliga utvecklingar: skulle lågtrycket gå mera norrut skulle detta hända, mera söderut något annat. Detta gav allmänheten en realistisk bild av möjliga ut vecklingar – och vad som  i n t e  kunde hända.

Strategin visade sin klokhet redan den 13 december när lågtrycket plötsligt försvann ur alla datorkörningar! Meteorologerna kunde dock fortsätta att tala om hur svårt läget var utan att allmänheten exakt visste  h u r  svårt det var. Dagen efter var lågtrycket tillbaka i datorerna och i slutändan passerade det över Engelska Kanalen, gav storm i norra Frankrike, en del regn i södra England, lite snö i Midlands, men som helhet inga större problem.

Vi har alla svåra perioder på jobbet och meteorologerna är inget undantag. Detta var en sådan period för de brittiska meteorologerna och de redovisade detta öppet och professionellt. Som någon sade: – Läsa av en datorkarta och låta självsäker kan ju vem som helst, att rynka på pannan och se möjliga alternativa utvecklingar krävs det ett proffs för.

De positiva reaktionerna fick de brittiska meteorologerna att prova samma metod någon månad senare när Storbritannien klämdes mellan mild luft från Atlanten och artisk luft från Skandinavien.

Figur 2: De brittiska meteorologerna valde återigen att inte spela macho och gå ut med någon skenbart säker prognos, utan redovisade helt öppet att läget var mycket osäkert. På olika sätt gjorde klart att vinner Atlantluften blir det så här, vinner arktikluften blir det så här. Återigen blev reaktionerna positiva från allmänheten.

I nästa kapitel ska jag visa att man kan matematiskt motivera de brittiska meteorologernas strategi som den som tjänar en beslutsfattare bäst. Det innebär också en vederläggning av den vanliga uppmaningen till oss meteorologer: – Det är bättre att ni gissar än att vi gör det.

/Anders Persson

Av Anders Persson

Svårigheterna att bedömda vad som är bra och dåliga väderprognoser kompliceras av att meteorologen inte så sällan utfärdar olika prognoser i samma väderläge – och detta av goda skäl.

En typisk vädersituation i början på vintern: låga moln över snötäckt mark håller temperaturen ett par grader ovanför noll. Lättar molnen norrifrån sjunker temperaturen till flera grader under noll. Att beräkna hur mycket temperaturen sjunker är ett inte alltför lätt fysikaliskt problem. Men moderna datamaskinsprogram är utformade just för att göra detta med information om tiden på dygnet, om marken är täckt med snö, snöns beskaffenhet, vindens styrka och hur fort temperaturen avtar högre upp i atmosfären.

Säg att temperaturen väntas sjunka till -6°C. Utifrån sin erfarenhet av vädret och datorsystemet kan meteorologerna sedan modifiera detta uppåt eller neråt, men detta är inte deras viktigaste roll. Den är att ställa den fråga som datorsystemen ännu har svårt att formulera: – Kommer det att klarna upp??

Ty kanske håller nordvinden på att avta? Kanske finns det vädersystem längre söderut som vuxit till och bromsar vädersystem från norr? Detta kan avspegla sig att olika datorsystem ger olika prognoser.

Låt oss anta att chansen att molnen ska lätta och temperaturen falla till -6°C är lika stor som att molnen inte lättar och temperaturen stannar vid +2°C.

Detta ställer meteorologerna inför tre möjligheter att presentera en prognos:

1. Chansa, det vill säga kasta krona eller klave och sätta +2°C eller -6°C. Har meteorologerna tur så blir det en perfekt prognos, har de otur är den 8 grader fel! Detta är inte bra för deras anseende i synnerhet hos de statistiker som har att utvärdera deras prognosskicklighet. Som deras utvärderingssystem fungerar matematiskt är det bättre att sätta ett värde mittemellan dvs -2°C. Det är aldrig rätt, men å andra sidan aldrig hemskt fel heller. I det långa loppet är denna strategi bättre för meteorologen än att chansa.

2. Men det är problem med denna medelvärdesprognos. För det första kommer temperaturen bara vara -2°C en mycket kort stund om det alls klarnar upp. För det andra så är det inte helt en fråga om slumpen om meteorologerna föredrar +2°C eller -6°C. Ty sätter de +2°C och det blir -6°C verkar det som om de inte vet vad som försiggår i atmosfären, en hel del människor drabbas dessutom hårt om de blir överraskade av ett så stor temperaturfall.

Å andra sidan sätter meteorologerna -6°C och det blir +2°C har meteorologerna åtminstone visat att de inte varit lata utan ansträngt sig. Dessutom har prognosen sänt ut en signal att ett temperaturfall är troligt. För många är det bättre att bli varnade lite för ofta än för lite. Både med tanke på allmänhetens behov och på deras eget anseende är det kanske bättre att meteorologerna sätter -6°C eller -5°C.

3. Men det ideala är om de kan kommunicera direkt med dem som är i behov av råd. Meteorologerna kan då säga att det är lika stor chans att det klarnar upp och blir kallt som att inget förändras. Denna 50-50 information kan framstå som ganska värdelös, meteorologernas uppgift är ju att tala om ”hur det ska bli”.

Men i praktiken kan denna ”värdelösa” prognos vara ytterst matnyttigt för beslutsfattare. De som har just fått in en leverans med tomater vet att det är 50% risk att de förstörs om de står kvar ute. Alltså bör de skaffas under tak. Den som håller på att ordna en ishockeybana vet att det ar bäst att hålla frostapparaten i gång, det är 50% risk att temperaturen fortsätter att vara över isen smältpunkt.

Samma principer kan meteorologerna följa när sannolikheten inte är 50-50 utan kanske 30-70 eller 70-30. Med 70% risk för att det blir frost är det ju självklart att tomaterna ska räddas in i värmen. Men han som håller på att frysa en ishockeybana kanske tycker att risken är värd att ta att stänga av frostmaskinen och låta Naturen göra jobbet.

Så samma vädersituation, men (minst) tre olika prognoser. Det är inte lätt att bedöma meteorologernas skicklighet i det läget! Men det går och det finns kanske tillfälle att återkomma till detta.

/Anders Persson

Ymnigt snöfall över västra Götaland.

Nu under lördagsmorgon och förmiddag drar ett område med ymnigt snöfall in över de västra delarna av Götaland. Lokalt väntas upp till 15 cm snö under dagen.

Till viss del, främst i Halland, Skåne och Blekinge,  kommer det att komma som blötsnö.

Detta, såväl snö som blötsnö, kommer givetvis att kunna ställa till med en hel del problem. SMHI har utfärdat varningar som ni kan följa här på sajten.

Till detta skall vi lägga att det blir blåsigt med kulingvindar längs med Västkusten och sydvästra Östersjön.

/Martin