ΕΠΟΧΙΚΕΣ ΠΡΟΓΝΩΣΕΙΣ (ΜΑΚΡΟΠΡΟΘΕΣΜΕΣ ΠΡΟΓΝΩΣΕΙΣ)

Τι είναι οι εποχικές προγνώσεις

Παν. Σκριμιζέας (panagiotis.skrimizeas@hnms.gr)

Διεύθυνση Μεθόδων Πρόγνωσης, Έρευνας και Μετεωρολογικών Μοντέλων

Τι χειμώνα θα έχουμε φέτος;

Από το καλοκαίρι ακόμη, η ερώτηση αυτή κυκλοφορεί στις συζητήσεις, άλλοτε ως το εύκολο θέμα για να καλύψει αμήχανες σιωπές, αλλά πολλές φορές αντικατοπτρίζει την πραγματική ανησυχία του απλού πολίτη για τα πιθανά έξοδα σχετικά με τη χειμωνιάτικη θέρμανση ή την ανησυχία του αγρότη για την πορεία της σοδειάς του.

Η εποχική πρόγνωση αποτελεί πρόκληση ως επιστήμη.

Μετά τον Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και κυρίως τις τελευταίες δεκαετίες, η ραγδαία ανάπτυξη των σύγχρονων τεχνολογιών, έδωσε τη δυνατότητα για την παράλληλη ραγδαία ανάπτυξη της Αριθμητικής Πρόγνωσης του καιρού (NWP–NumericalWeatherPrediction). Τα γνωστά λοιπόν «μοντέλα καιρού» έγιναν πολύτιμα εργαλεία στα χέρια των Μετεωρολόγων, δίνοντας τη δυνατότητα για την παραγωγή προγνώσεων υψηλής χωρο-χρονικής ακριβείας, με αποτέλεσμα οι σημερινές 10ημέρες προγνώσεις να έχουν την ακρίβεια, που είχαν οι αντίστοιχες των δύο ημερών μερικά χρόνια πριν.

Πηγή: ECMWF (https://www.ecmwf.int/en/about/media-centre/news/2019/c3s-multi-model-seasonal-forecasting-system-takes-over-eurosip)

Η αέναη όμως επιστημονική αναζήτηση, ωθούμενη και από την τεράστια ανάγκη για την αντιμετώπιση των αναδυόμενων προκλήσεων, λόγω των παρατηρούμενων αλλαγών στην εποχική και ετήσια συμπεριφορά του καιρού, οδήγησε στην πυρετώδη ανάπτυξη της έρευνας, που σχετίζεται με την παραγωγή προγνώσεων μεγαλύτερης διάρκειας, των μακροπρόθεσμων (longrange) προγνώσεων.

Τί είναι όμως μία μακροπρόθεσμη (longrange) πρόγνωση και πόσο μπορεί κάποιος να την εμπιστευθεί;

Είναι πολύ σημαντικό να γνωρίζουμε ότι μια τέτοια πρόγνωση είναι αδύνατο, μέχρι στιγμής, να προβλέψει π.χ. τη θερμοκρασία στη Λάρισα, στις 23 Δεκεμβρίου 2019, στις 11:33 π.μ.

Οι μακροπρόθεσμες προγνώσεις χρησιμοποιούνται ως καθοδήγηση, μόνο για μεγαλύτερες χωρικά κλίμακες, όπου έχουμε υπολογίσει τους μέσους όρους για μεγάλες χρονικές περιόδους. Χρησιμοποιούνται για την πρόγνωση πιθανών τάσεων απόκλισης (π.χ. της θερμοκρασίας, της ατμοσφαιρικής πίεσης, του υετού), από τις κανονικές τιμές, σε επίπεδο ηπείρου ή σε παγκόσμια κλίμακα και κατά μέσο όρο για 30 έως 90 ή και περισσότερες ημέρες.

Η φιλοσοφία των εποχικών προγνώσεων είναι να υπολογίσουμε, για παράδειγμα, εάν η ατμοσφαιρική πίεση πάνω από την Ευρώπη, τον Δεκέμβριο, θα είναι υψηλότερη ή χαμηλότερη, σε σύγκριση με τον μέσο όρο των 30 ετών, για τον συγκεκριμένο μήνα.

Η ουσία λοιπόν της εποχικής πρόγνωσης είναι να μας δώσει όσο το δυνατόν καλύτερη μελλοντική εικόνα της παγκόσμιας κυκλοφορίας και κατανομής των αερίων μαζών και των καιρικών προτύπων. Είναι λογικό λοιπόν, οι αποκλίσεις των γεωδυναμικών υψών στα 500hPa να αποτελούν την πιο συχνά χρησιμοποιούμενη longrange παράμετρο. Στη στάθμη αυτή, οι αρνητικές αποκλίσεις σημαίνουν χαμηλότερες πιέσεις από τις κανονικές (τριακονταετής μέσος) και επομένως μεγαλύτερη πιθανότητα για αυλώνες (troughs) και κυκλωνικές κυκλοφορίες, ενώ αντίθετα οι θετικές αποκλίσεις συνδέονται με μεγαλύτερη πιθανότητα για εξάρσεις (ridges) και αντικυκλώνες. Με αυτά τα δεδομένα, μπορούμε μετά να προχωρήσουμε ένα βήμα παραπέρα και να εντοπίσουμε περιοχές όπου είναι πιθανότερο να συναντήσουμε θερμότερες αέριες μάζες (για παράδειγμα στη δυτική πλευρά ενός αντικυκλώνα, όπου συνήθως συναντάμε νότια-νοτιοδυτική ροή), ή αντίστοιχα περιοχές όπου είναι πιθανότερο να συναντήσουμε ψυχρότερες αέριες μάζες (για παράδειγμα στην ανατολική πλευρά ενός αντικυκλώνα, όπου συνήθως η ροή είναι βόρεια).

Η παραγωγή αυτών των προγνώσεων έγινε εφικτή χάρη στα longrange μοντέλα και προγνωστικά συστήματα, που έχουν αναπτυχθεί σε εξειδικευμένα Κέντρα, σε διάφορα μέρη του κόσμου.

Το Ευρωπαϊκό Κέντρο Μεσοπρόθεσμων Προγνώσεων ECMWF, θεωρείται ότι παράγει τις πλέον επιτυχημένες, «κατά μέσο όρο», εποχικές προγνώσεις (seasonalforecasts), με το σκορ του όμως να διαφοροποιείται σημαντικά από εποχή σε εποχή. Στην Ευρώπη,ευρέως χρησιμοποιούνται επίσης οι εποχικές προγνώσεις της Βρετανικής Μετεωρολογικής Υπηρεσίας (UKMO), ενώ αντίστοιχα στις ΗΠΑ το μοντέλο CFSv2.

Στη βασική φιλοσοφία τους, τα μακροπρόθεσμα μοντέλα μοιάζουν αρκετά με τα συνήθη μοντέλα καιρού. Υπολογίζουν, για μακρά χρονικά διαστήματα, την παγκόσμια κυκλοφορία, λαμβάνοντας υπόψη τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ ατμοσφαιρικής και ωκεάνιας κυκλοφορίας, τον ρόλο της παγοκάλυψης σε πλανητικό επίπεδο, το έδαφοςκλπ, πρόκειται δηλαδή για συνεζευγμένα (coupled) μοντέλα.Βασίζονται στην τεχνική των προγνώσεων πολλαπλού δείγματος (ensembles), δηλαδή εκτελούνται 20 με 50 ή περισσότεροι μεμονωμένοι υπολογισμοί και σενάρια σε ένα μήνα, με ελαφρώς τροποποιημένες αρχικές συνθήκες,που οργανώνονται σε μια ενιαία τελική πρόγνωση. Έτσι, ξεκινώντας από τις εκτιμώμενες αρχικές συνθήκες του ωκεανού, της ατμόσφαιρας και της γης μπορούμε να υπολογίσουμε τις πιθανότητες διαφορετικών καιρικών αποτελεσμάτων τους προσεχείς μήνες.

Μετά από μια μακρά περίοδο δοκιμών, διαπιστώθηκε ότι οι πιθανότητες που υπολογίζονται από οποιοδήποτε ανεξάρτητο μοντέλο δεν είναι πάντα αξιόπιστες, αφού τα μοντέλα μας δεν είναι τέλεια καθώς,ακόμη και μικρές ανακρίβειες συσσωρεύονται κατά τη διάρκεια των μηνών και παραμορφώνουν τις στατιστικές του καιρού. Η βελτίωση των μοντέλων αποτελεί συνεχή διαδικασία, αλλά όπως περιγράφεται σε σχετικές αναφορές του ECMWF, θα περάσουν αρκετά χρόνια ή δεκαετίες, ώστε ένα ενιαίο μοντέλο να μπορεί να παράγει απόλυτα αξιόπιστες προβλέψεις.

Για την αντιμετώπιση του προβλήματος της αξιοπιστίας, ένας απλός αλλά αποτελεσματικός τρόπος, είναι τα συστήματα πολλαπλών μοντέλων. Τα διαφορετικά συστήματα πρόγνωσης εμπεριέχουν διαφορετικά σφάλματα. Αν συνδυάσουμε διαφορετικές προγνώσεις, οι επιδράσεις ορισμένων από τα σφάλματα που σχετίζονται με το κάθε μοντέλο υπολογίζονται κατά μέσον όρο, δίνοντας μια καλύτερη εκτίμηση του πιο πιθανού αποτελέσματος. Ταυτόχρονα, οι διαφορές μεταξύ των μοντέλων δίνουν ένα μέτρο της αβεβαιότητας στην πρόγνωση, που σχετίζεται με το σύστημα. Τα συστήματα πολλαπλών μοντέλων δεν είναι τέλεια, για παράδειγμα, ορισμένα σφάλματα μπορεί να είναι κοινά σε όλα τα μοντέλα. Παρ 'όλα αυτά, τείνουν να δίνουν προγνώσεις που είναι και πιο ακριβείς και πιο αξιόπιστες.

Με βάση σχετική ανάρτηση στην ιστοσελίδα του ECMWF (15 Οκτωβρίου 2019), όλα ξεκίνησαν την δεκαετία του 2000, με δύο ερευνητικά έργα χρηματοδοτούμενα από την ΕΕ (DEMETER and ENSEMBLES). To πρώτο από αυτά, έδωσε την ώθηση στο ECMWF, τη Météo-France και το UK Met Office να συνεργαστούν σε ένα σύστημα εποχικών προγνώσεων πολλαπλών μοντέλων (EUROSIPproject), που να τρέχει στο ECMWF, με την παραγωγή των προγνώσεων να αρχίζει το 2005. Στη συνέχεια, εντάχθηκε το NCEP ως associatepartner, συνεισφέροντας στις προγνώσεις από το 2012, ενώ το 2017 προσχώρησε η JMA. Το EUROSIP ήταν ο πρωτοπόρος στα συστήματα πολλαπλών μοντέλων εποχικής πρόγνωσης. Ακολούθησανπαρόμοιες εξελίξεις στην Ασία (το APEC ClimateCenter, στη Νότια Κορέα) και στη Βόρεια Αμερική (the North American Multi-ModelEnsemble).

Το σύστημα EUROSIP έτρεξε σε εθελοντική βάση, με περιορισμένο συντονισμό και ελάχιστους πόρους για την ανάπτυξη προϊόντων. Οι περιορισμοί στην Datapolicy σήμαινε ότι το EUROSIP δεν μπορούσε να διαθέσει δεδομένα εισόδου (inputdata) στους χρήστες, περιορίζοντας τη χρησιμότητα του συστήματος.

Σημαντική ώθηση στις μακροπρόθεσμες προγνώσεις έδωσε το πρόγραμμα Copernicus για την κλιματική αλλαγή (CopernicusClimateChangeService - C3S), καθώς η ΕΕ διέθεσε πόρους για την ανάπτυξη μιας υπηρεσίας εποχικής πρόγνωσης πολλαπλών μοντέλων ανοικτών δεδομένων, που περιλαμβάνει όχι μόνο την παραγωγή προγνώσεων, αλλά και μια σειρά υπηρεσιών χρηστών. Οι πόροι, που διατέθηκαν για το C3S, επέτρεψαν να συμπεριληφθούν περισσότερα προγνωστικά συστήματα, με συνεισφορές από τη Γερμανία (DWD), την Ιταλία (CMCC) και, πιο πρόσφατα, από το NCEP, στους αρχικούς τρεις εταίρους του EUROSIP, ενώ αναμένεται να εμπλουτισθεί και με τα αντίστοιχα συστήματα τoυ Καναδά και της Ιαπωνίας (JMA). Το EUROSIP συνέχισε να τρέχει παράλληλα με το νέο C3S καθόσον απαιτήθηκε αρκετός χρόνος μέχρι αυτό να καταστεί ώριμο. Τον περασμένο Οκτώβριο (2019), το EUROSIP«συνταξιοδοτήθηκε». Τη θέση του πήρε το πλέον εξελιγμένο C3S multi-modelsystem.

Γενικά, οι παραγόμενες εποχικές προγνώσεις περιλαμβάνουν δεδομένα και γραφικά προϊόντα για διάφορες μεταβλητές, συμπεριλαμβανομένων της θερμοκρασίας του αέρα και της επιφάνειας θάλασσας, της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας και του υετού, καλύπτοντας μια περίοδο έξι μηνών.

Οι Εθνικές Μετεωρολογικές Υπηρεσίες και τα Επιστημονικά Ιδρύματα, ανά τον κόσμο, προωθούν τη σχετική έρευνα, ανταλλάσσοντας τεχνογνωσία και αναπτύσσοντας συνεργασίες σε μικρές ή μεγάλες κοινοπραξίες (consortia). Και στην ΕΜΥ τα τελευταία δύο χρόνια, χάρη στις δυνατότητες που παρέχει η συμμετοχή της στο COSMO, βρίσκεται σε εξέλιξη μια σημαντική σχετική προσπάθεια, απαραίτητη για την αύξηση του ποσοστού επιτυχίας αυτού του είδους των προγνώσεων σε επίπεδο χώρας.