Att förutsäga väder - en mycket kort historik

Att kunna förutsäga vädret för kortare eller längre tid har länge tillhört mänsklighetens önskan. Innan den vetenskapliga insikten hade man enbart två vägar att tillgå; empiriska slutledningar eller rena gissningar.

De förutsägelser som kunde göras utifrån iakttagelser grundade på erfarenhet var säkert användbara för kortare perioder. Exempelvis kan molnformationer, förändringar i vinden, djurs beteenden visa på närstående väderomslag.

Svårare var givetvis att förutsäga väderleken för nästa dag eller en ännu längre tidsrymd. Det globala system som bestämmer väderleken för just det lilla område av världen vi befinner oss på, är alltför invecklat och svårbegripligt för att förstås genom primitiva vädertydor.

Stapplande steg mot en förståelse av hur atmosfären fungerar

Från 1600-talet och några hundra år framåt utvecklades fysiken och förståelsen för att naturen följer de så kallade naturlagarna. Emellertid var och är vädret så komplext att det ännu inte gick att använda den nya kunskapen för att göra bra väderprognoser. Mätinstrument hade också tillkommit och sakta men säkert samlades det in observationer av temperatur, nederbörd och väder i allmänhet.

Det är under första hälften av 1700-talet som vissa vetenskapliga idéer kring vädrets förutsägelser dyker upp i Sverige. Det är från denna tid de äldsta målmedvetna observationsinsamlingarna härstammar. Tanken (enligt Anders Celsius i Kungliga Vetenskapsakademiens handlingar 1740) var att kunna påvisa en lagbundenhet i klimatet, som i sin förlängning skulle kunna förutsäga ett regnväder på samma sätt som astronomerna förutsäger en solförmörkelse.

Under 1800-talet började förståelsen växa fram att det fanns lågtrycksområden och högtrycksområden som påverkade vädret. Klimat i olika delar av världen kunde beskrivas och kvantifieras i termer av medeltemperaturer och nederbördsmängder. Ett viktigt bidrag var F W von Ehrenheims år 1824 publicerade "Om Climaternas rörlighet".

Internationellt samarbete - ett genombrott

En avgörande händelse skedde under Krimkriget 1854 då en fransk-engelsk flotta skadades allvarligt av en storm på Svarta havet. Denna storm hade några dagar tidigare legat över Västeuropa och man kunde i efterhand följa hur den hade rört sig mot Svarta havet där flottan låg.

Man insåg att det skulle kunna ha varit möjligt att varna för stormen med hjälp av telegrafen. Detta ledde till att man på allvar började etablera och samordna observationsnät.

I Frankrike organiserades ett antal observationsplatser vilka dagligen telegraferade sina iakttagelser till väderlekstjänsten i Paris. Då iakttagelserna gjordes på exakt samma tidpunkt över hela Frankrike, kunde dessa uppgifter ligga till grund för så kallade synoptiska kartor vilka visade väderleksläget vid en viss tidpunkt dag för dag. På detta sätt kunde man alltså med hjälp av kartorna se hur olika vädertyper uppstod och passerade.

I Sverige upprättades 1858 på initiativ av fysikern Erik Edlund vid Kungliga Vetenskapsakademien ett tjugotal observationsplatser runt om i landet. Medel beviljades av riksdagen. Stationerna i Haparanda, Härnösand och Stockholm sände dagliga rapporter till Paris via telegraf. I gengäld fick Sverige emotta de stormvarningar vilka utfärdades av den franska väderlekstjänsten. 

Fyrar viktiga för observationer

Upphovsmannen till Sveriges Geologiska Undersökning (SGU), Axel Johan Erdmann, och tillika medlem av Vetenskapsakademien, pläderade för ett system av hydrografiska och meteorologiska iakttagelser vid svenska fyrar. Erdmann lyckades åren 1848-1852 på Kungliga Förvaltningens av Sjöärenden bekostnad få till stånd tretton fyrstationer vilka mätte bland annat vattenstånd och vindstyrka. Dessa stationer övertogs 1878 av den nyinrättade Nautisk-meteorologiska byrån.

De idéer som kom fram vid 1800-talets mitt för att få underlag till att förutse väderlek, det vill säga ett antal observationer vid samma tidpunkt  och som sedan sammanställs centralt krävde internationellt samarbete.

För att detta skulle kunna bli verklighet krävdes internationella överenskommelser och även bestämmelser för hur observationerna skulle göras, sammanställas, kodas och distribueras på ett effektivt sätt.

Vid ett antal meteorologiska kongresser bland annat i Wien och i Rom tillsattes kommitteer som utarbetade regler och bestämmelser. På detta vis växte det fram ett internationellt utbyte av observationer (ett dåtida internet för meteorologiska observationer). Observationer gjordes på bestämda tider och enligt gemensamma regler. Nu blev det möjligt att rita väderkartor som beskrev vädret vid bestämda tidpunkter.

Den moderna meteorologins gryning i Sverige

I Sverige inrättades Statens meteorologiska centralanstalt (MCA) 1873 med uppgiften att övervaka de meteorologiska observationsstationerna och om möjligt varna för stormar. Med tiden förbättrades tekniken och antalet observationsstationer ökade.

Bergenskolan nästa stora steg

Men det var först i slutet av 1910- 1920-talet som det gjordes några större genombrott. Då beskrevs atmosfären utifrån de fysikaliska samband som råder och man kvantifierade svårigheten med att utifrån dessa samband göra en praktisk prognos. Att utföra en prognosberäkning skulle ta en enormt lång tid att vädret som man försökte beräkna hade sedan länge passerat.

Emellertid gjorde en grupp forskare i Bergen ett genombrott då man utvecklade en konceptuell modell som beskrev atmosfären och hur en mellanbreddscyklon (lågtryck) utvecklades under sin livstid. Då infördes kall- och varmfronter som skiljelinjer mellan olika luftmassor. Detta innebar att förståelsen för atmosfären ökade och konceptet kunde användas för att göra prognoser.

Den tekniska utvecklingen hade dessutom tillfört två nya saker nämligen trådlös telegrafi (radion) och ballongsonderingar. Nu kunde observationer hämtas hem från fartyg till havs. Och via ballongerna fick man data från atmosfärens högre höjder. Detta gav en större rumslig täckning tex över Atlanten varifrån vädret i Europa ofta kommer och i tre dimensioner.

Antalet ballonger som skickades upp ökade kraftigt i och med flygets snabba utveckling under andra världskriget. Jetströmmarna på höga höjder upptäcktes. Den tredimensionella beskrivningen av atmosfären blev mer fullständig.

Datorn är en superdator

Nu fanns dessutom ett revolutionerande verktyg nämligen datorn. Det problem med enorma beräkningar, som tidigare ansetts oöverstigligt, var nu möjligt att angripa. Under 1960-talet var bland annat svenska forskare i framkant vad gäller väderprognosberäkningar med hjälp av datorer. Men att lösa alla ekvationer var ännu långt utom räckhåll. Ansatsen var att försöka förenkla problemet och koka ner det till en ekvation och till en nivå mitt i atmosfären.

År 1979 bildades ECMWF (European Centre for Medium Range Forecasts) som snabbt blev bäst i världen på prognoser. Det är ett samarbete mellan flertalet länder i Europa som gör prognoser globalt. För att fokusera på ett mindre område som ett enskilt land av Sveriges storlek bildades en grupp kring modellen HIRLAM år 1985. Utöver de nordiska länderna deltar Irland, Nederländerna och Spanien.

Som alla vet har utvecklingen av datorer gått väldigt snabbt. Allt mer komplexa delar av atmosfären har därmed kunnat inkluderas i prognosberäkningarna. Väldigt förenklat kan man säga att dagens prognosmodeller (2014) räknar i tidssteg om minuter och över områden som är drygt 6 km² stora och i 65 nivåer upp genom atmosfären. Ungefär tre timmar efter att observationerna gjordes är en prognos klar att distribueras.

Prognoserna beräknas från några dygn framåt upp till några veckor. Naturligtvis avtar träffsäkerheten ju längre prognosen är men för några dygn är den numera oftast mycket bra. En begränsande faktor är kvalitén och mängden av information om utgångsläget. Det vill säga hur väl kan vi beskriva atmosfärens tillstånd just nu över hela jorden? Dessutom även jordytan och havet som växelverkar med atmosfären.

Nya observationer - satelliter och radar

Nu har upplösningen i tid och rum blivit så finskalig att prognosmodellerna snart måste ta ett nytt språng i komplexitet. Vissa förenklingar som gjorts i ekvationerna gäller inte utan fler termer måste inkluderas.

För att kunna utnyttja olika typer av observationer och observationer som inte är exakt gjorda enligt den gamla standarmallen måste data hanteras annorlunda. Man vill till exempel kunna tillgodogöra sig data från satellit- eller flygplansbaserade instrument som inte är gjorda vid en förutbestämd tidpunkt utan som görs kontinuerligt. 

Och från instrument som inte alla är likadana utan de har olika egenskaper och de måste därför behandlas individuellt.

Utan tvekan kommer prognoserna att kunna förbättras under kommande årtionden, men det finns teoretiska och praktiska gränser.