Fjärilar är inte huvudproblemet för väderprognoser

Föreställningen att en fjäril kan ge upphov till ett oväder bygger på en övertolkning av atmosfärens matematik och oförståelse för hur felprognoser utvecklas.

Nyligen gick den världsberömde meteorologen Edvard Lorenz (1917-2008) bort. Han var en av de vetenskapsmän som bidrog till att ge den så kallade kaosteorin substans med sitt bevingade uttryck att viftandet av en fjärils vinge i Amazonas kan utlösa en storm senare i Texas.

Påståendet gjordes i polemiskt syfte på 1960-talet, i en tid då det fanns en övertro på datorernas förmåga att göra exakta prognoser veckor framåt. Lorenz ville påpeka att ganska små fel i vår bestämning av atmosfärens utgångsläge kan ge upphov till stora fel som omöjliggör detaljerade prognoser längre än en vecka.

Hans uppfattning ansågs dock inte politiskt korrekt i den meteorologiska världen. Det var först när icke-meteorologiska matematiker i slutet på 1970-talet ”upptäckte” Lorenz, och gav hans idéer kraftfullt stöd, som hans namn blev känt över världen.

Större felaktigheter problemet

”Fjärilseffekten” ger inte en rättvis bild åt de mekanismer som försvårar väderprognoserna. Vår förmåga att analysera atmosfären i alla dimensioner ner till 3-5 km i horisontell led och 50-150 m i vertikal led ger utrymme för miljoner fjärilar.

Trots detta är prognoserna rätt bra; vi kan ge de allmänna dragen en vecka framåt eller mer. Det som begränsar vår förmåga är inte små fjärilar utan stora albatrosser, ja elefanter!

När vi i efterhand analyserar varför datorprognoserna går fel hittar vi i de flesta fall stora och klart identifierbara fel beroende på att någon observation varit felaktig eller att datoranalysens tolkning av observationen varit ofullständig.

Men felen ligger inte vid det felprognoserade vädersystemets utgångsläge utan förvånansvärt långt borta längre uppströms. En dålig 5-dygnsprognos för Sverige kan visa sig ha sin grund i en felaktig observation över Stilla havet.

Här är det atmosfärens dominoeffekt som spelar roll: effekterna av felet transporteras snabbt nerströms österut, cirka tre gången snabbare än lågtryckssystemen själva rör sig.

Felprognoserade jetströmmar

Ett lågtryck under utveckling skapar eller förstärker en jetström framför sig (se Ett lågtryck börjar bildas, fig4). Om detta lågtryck är en aning felprognoserat kommer också jetströmmen att vara en aning felprognoserad. Det spelar ingen roll för prognosen av detta lågtryck, men väl för nästa lågtryck nedströms dit jetströmmen sprider sin energi (se fig. 1).

Lite för mycket eller för lite energi når då detta vädersystem som därmed kommer att utvecklas lite annorlunda. Jetströmmen kopplad till detta lågtryck kommer i sin tur att bli lite mer fel. Nästa lågtrycksutveckling nedströms påverkas i sin tur av de ackumulerade felen från två uppströms system.

Jetströmmen själv och andra vädersystem rör sig med en hastighet av i genomsnitt 10 m/s medan dess energi istället rör sig med vindhastigheten på jetströmsnivån vilken är 30 m/s.

Ett nybildat oväder som under ett par dagar passerar Brittiska öarna och drar in över Skandinavien påverkas under sin utveckling av energi från uppströms ända borta på Stilla havet. En bra 5-dygnsprognos över Sverige kräver därför bra prognoser av alla andra system västerut.

Nordiska meteorologers upptäckter

Under 1930-talet började prognosmeteorologer, främst norrmannen Sigurd Evjen, ana att utvecklingen av ett lågtryck också var beroende av vad som skedde uppströms. 1945 kunde den svensk-amerikanske meteorologen Carl-Gustaf Rossby (1898-1957) matematiskt beskriva vad som hände, men han var fortfarande osäker på vad som egentligen utspelade sig.

Den som hjälpte honom med det var den danske, senare svenske, meteorologen Ernest Hovmöller (1912-2008). Rossby höll 1947 ett föredrag på SMHI om sin teoretiska upptäckt, vilket påminde Hovmöller om Evjens iakttagelser.

Hovmöller lät konstruera ett diagram över väderutvecklingen med tiden på den vertikala axeln och longituden på den horisontella. Idén hade han fått från brittiska vädertjänsten, som gjort ett diagram med latituden och tiden som variabler.

Diagrammet intill (fig 2) återger värden på nord-syd komponenten av vinden på jetströmsnivå vilket motsvarar ungefär 10 km höjd.

Spridda feluppfattningar

Hovmöllers diagram (som det efterhand blev känt som över hela den meteorologiska världen) kom som en uppenbarelse för Rossby. Förutom att det återgav den långsamma (10 m/s) rörelsen av vädersystemet österut, kunde man också se den hastiga (30 m/s) transporten av energi nerströms.

Rossby engagerade genast Hovmöller i vetenskapligt arbete, bl a experiment med datorproducerade väderprognoser. Här var det av avgörande betydelse att veta hur och varför olika vädersystem påverkar varandra över stora avstånd. Denna uppgift förde Hovmöller till USA och Princetonuniversitetet.

Tyvärr har inte Hovmöllers och Rossbys insikter slagit rot överallt. Ännu idag finns en spridd uppfattning att orsaker till ett felprognoserat lågtryck är att söka i lågtryckets utgångsläge. När man sedan inte hittar något synbart fel tror man att någon av Lorenz’ ”fjärilar” varit framme och missar därmed det klart synliga felet längre uppströms.


Denna artikel är en del i serien Atmosfärens allmänna cirkulation