Observation - beräknat värde

Direkta observationer utförs vid stationer i ett observationsnät. Antalet stationer är begränsat. Därför används meteorologiska modeller och interpoleringsmetoder i kombination med de observationer som finns för att beräkna värden för ett större antal platser.

I meteorologin innebär en observation att ett värde mäts med ett instrument och registreras. Tidigare utfördes nästan alla observationer manuellt, ofta var tredje timma, på så sätt att en observatör avläste olika instrument och skrev ner värdena i en journal. Därefter skickades de in till SMHI. Numera används i stor utsträckning automatstationer där mätningar görs fortlöpande och samlas in regelbundet flera gånger per dygn.

Förr gjordes en hel del av observationer utan hjälp av instrument till exempel molnmängd, molnslag och molnhöjd. Detta innebar ett visst mått av subjektivitet så till vida att vissa observatörer kanske i genomsnitt överskattade mängden moln medan andra tvärtom underskattade mängden.

Exempel på termometrar placerade i en så kallad termometerbur, som skyddar dem från nederbörd och direkt solstrålning. Buren är väl ventilerad genom det spjälverk som utgör väggarna. Temperaturen som mäts är ett exempel på en direkt mätning av luften temperatur i buren och den ska helst vara representativ för ett större område.
Förstora Bild

Observationskällor

Mätningar och observationer av atmosfärens och hydrosfärens tillstånd kommer från olika källor. Det kan vara termometrar placerade i så kallade burar, i ballonger eller i flygplan. Dessa termometrar mäter temperaturen på den plats instrumentet befinner sig.

En annan numera vanlig teknik är att använda fjärranalys, via instrument exempelvis placerade ombord på satelliter mäts värmestrålning från atmosfären och från havsytor och på så sätt kan temperaturen i atmosfären och havsytan beräknas.

Beräknat värde

Direkta observationer utförs på bestämda platser, stationer i ett observationsnät. Antalet stationer är begränsat, bland annat av ekonomiska skäl, därför saknar flertalet orter i Sverige direkta observationer. Det händer även att observationer från en viss plats uteblir då instrument eller utrustning krånglar.

Ett sätt att ändå kunna presentera värden för alla tänkbara orter och tidpunkter är att använda meteorologiska modeller och interpoleringsmetoder i kombination med de observationer som finns.

Den meteorologiska modellen tar hänsyn till fysiken medan interpoleringen på ett smart sätt beräknar värden för ett rutnät av punkter. Vid SMHI görs detta bland annat med hjälp av ett system med namnet Mesan. Dagens rutnät täcker en stor del av norra Europa och varje ruta är 11*11 km.

Värdena som Mesan producerar är alltså inte direkta observationer utan ett slags bästa uppskattningar av temperaturer, vindar, nederbörd etc. för respektive ruta.
 

Mesan i jämförelse med observationer

Vid SMHI används beräkningsmodellen Mesan. Akronymen står för MESoskalig ANalys. Mesan använder avancerade beräkningar för att ta fram värden för olika meteorologiska variabler i ett regelbundet rutnät över hela Sverige eller till och med Europa.

Indata till Mesan utgörs dels av observationer från ett antal oregelbundet utspridda platser och dels av väderprognoser med de aktuella variablerna på det önskade rutnätet.

Metodiken som används kallas Optimal interpolation som bygger på hur olika uppmätta data varierar normalt sett i rummet. Analyserna görs för varje timme i ett rutnät som är 11*11 km. Ibland kallas metodiken att överföra observationerna till ett rutnät för att man griddar observationerna.

Mesan har varit i drift sedan 1999 och har under tiden successivt utvecklats och förbättrats. De data som stoppas in i analysen kommer från vanliga väderstationer (automater och manuella), radar och satelliter. Dessutom används något som kallas för en första gissning om hur en variabel kan tänkas variera. Denna första gissning kommer från en prognosmodell som ger en bra och rimlig uppfattning om hur till exempel temperaturen kan tänkas variera geografiskt vid den tidpunkt som ska studeras.

Det finns två Mesan en för realtid och en för klimat. Realtid innebär att den körs ofta och så snabbt som data kommit in. Klimatvarianten körs i efterhand när fler observationer har kommit in och granskats och rättats.

Eftersom KlimatMesan körs i efterhand då fler och rättade data finns så ger den bättre och säkrare data än RealtidsMesan, men behöver man information snabbt är det Realtids-Mesan som gäller.

Variabler

Variabler i Mesan är exempelvis lufttryck, temperatur, byvind, vind, nederbörd och moln. Dessa variabler kan naturligtvis summeras och sammanställas på en mängd olika sätt. Det går till exempel att beräkna genomsnittlig nederbörd och temperatur för Västra Götalands län för ett junidygn, för ett år eller annan valfri period.

Skillnad mellan Mesan och observationer

Det går även att ta fram tidsserier för enskilda rutor. Dessa data motsvarar ungefär de observationer som gjorts i just den rutan.
Men, varför är det bara ungefär? Jo, det finns en viktig skillnad mellan observationer från meteorologiska stationer där till exempel ett instrument mäter temperaturen med en termometer och de beräknade temperaturerna som gäller för det nämnda rutnätet.

En termometer mäter i praktiken bara temperaturen nära själva instrumentet. Om vi från Mesan väljer den ruta i vilken termometern befinner sig så ska den beräknade temperaturen för denna ruta motsvara den genomsnittliga temperaturen i hela rutan, som ju är hela 11*11 km stor. Denna temperatur beräknas inte bara utifrån observationerna i själva rutan utan värdet påverkas även av omkringliggande observationer. Hur stort inflytande observationerna från omgivningen har bestäms av något som kallas för strukturfunktionen.
Strukturfunktionen beskriver hur en variabel i genomsnitt varierar i rummet på den aktuella skalan (t ex 11 x 11 km) vilket leder till att den modellberäknade temperaturen (nederbörden etc.) har en tendens till att bli mer utjämnad än en tidsserie med rena observationer, som är mer känslig för lokala variationer.

Representativitet

Ett temperaturvärde på till exempel +9 C som avser Kalmar och kl 6 på morgonen den 27 april vad representerar det?

Är det beräknat avser det medeltemperaturen kl 6 den 27 april för ett område vars storlek beror på modellen, medan ett uppmätt värde avser samma tidpunkt men platsen där mätningen ägde rum.

Det finns vanligen två sätt att förmedla beräknade modellvärden för en specifik plats med givna koordinater. Antingen väljer man att ta det beräknade värde som ligger närmst de givna koordinaterna eller så interpolerar man fram ett värde till de givna koordinaterna med hjälp av flera av omkringliggande beräkningspunkter.

Det finns lite olika varianter av dessa två alternativ. Till exempel om den sökta punkten för Kalmar ligger på land så väljs kanske inte den närmsta beräkningspunkten såvida inte även den ligger på land. Det vill säga landpunkter paras med landpunkter och havspunkter med havspunkter.

Den lokala topografin kan användas om den finns på en finare skala eftersom flertalet meteorologiska variabler är topografiberoende.

När det gäller observationer (mätdata) så finns en speciell artikel som lite mer i detalj beskriver hur stort område dessa mätvärden representerar.

På motsvarande sätt kan även representativitet i tiden beaktas, men det är en annan historia.