Huvudinnehåll

Utforska ett ämne i kunskapsbanken

Meteorologi

Faktapaket: Artikelserie från Väder och Vatten om atmosfärens allmänna cirkulation

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.

Den här artikeln är en del av en artikelserie skriven av Anders Persson som var meteorolog på SMHI. Artikeln publicerades i Månadens Väder och Vatten 7/2008.

Den världsberömde meteorologen Edvard Lorenz (1917-2008) 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 mycket hög upplösning i både horisontell och vertikal led ger utrymme för miljoner och åter 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 artikeln 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 (fig. 1).

Illustration som visar vad som händer när energin frigörs vid en lågtrycksutveckling.

Fig 1 Energin som frigörs vid en lågtrycksutveckling tillförs jetströmmen på 9-12 km höjd och transporteras av denna nerströms i stora ”skutt” från lågtryck till lågtryck. De svarta ringarna symboliserar isobarer kring ett lågtryck, de blå pilarna vågliknande jetströmmar, ju blåare desto energirikare. Medan lågtrycks- och vågsystemen rör sig sakta österut (orangea pilar), rusar denna energi hastigt nerströms. (För förståelsen av följande figurer är det viktigt att lägga märke till att vinden i den huvudsakligt västliga jetströmmen omväxlande har en dragning från söder, omväxlande en dragning från norr.)

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 de två systemen uppströms.

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.

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

Ett Hovmöller-diagram över omväxlande nord- och sydkomponenten hos jetvinden på cirka 10 km höjd 10-18 september 1993.

Fig 2a Ett Hovmöller-diagram över omväxlande nord- och sydkomponenten hos jetvinden på cirka 10 km höjd 10-18 september 1993. Negativa värden anger nordvind, positiva sydvind. Lågtryck befinner sig ungefär mellan områden med negativa värden (nordlig vindkomponent) och positiv (sydlig vindkomponent). Vågsystemens rörelser österut med cirka 10º/dygn har utmärkts med orangea linjer.

Ett Hovmöller-diagram som visar successiva förstärkningar och försvagningar när energin löper igenom med en hastighet på 30º/dygn

Fig 2b Överlagrat den långsamma rörelsen av vågorna österut ser man successiva förstärkningar och försvagningar när energin löper igenom med en hastighet på 30º/dygn, markerade med ljusblå linjer i överensstämmelse med de energirikare jetströmmarna i fig. 1. Vad som i slutet på perioden sker över Ostasien beror alltså delvis på skeenden över Nordamerika en vecka tidigare.

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.

Mer i detta faktapaket

  • Meteorologi

    Artikelserie från Väder och Vatten om atmosfärens allmänna cirkulation

    I en artikelserie i SMHIs månatliga tidskrift Väder och Vatten beskrevs luftens och vattnets rörelser från sjöbris till monsun, från tidvatten till...

  • Artikelserie från Väder och Vatten om atmosfärens allmänna cirkulation

    Norra polcirkeln soligast i världen

    Solen är källan till all energi och allt liv och rörelse på jorden. Om någonstans så märks det i Lappland under somrarna när växtligheten fullständ...

  • Artikelserie från Väder och Vatten om atmosfärens allmänna cirkulation

    Kall snö strålar värme

    Latituden och årstiden bestämmer hur koncentrerat solljuset blir. Står solen 45° över horisonten fördelas den inkommande solstrålningen på en yta s...

  • Artikelserie från Väder och Vatten om atmosfärens allmänna cirkulation

    Solen värmer jorden - jorden värmer atmosfären

    Att det är den upphettade jordytan och inte solens strålar som värmer upp atmosfären visar sig bland annat under klara morgnar, då temperaturen kan...

  • Artikelserie från Väder och Vatten om atmosfärens allmänna cirkulation

    Från sjöbris till monsun

    Genom omblandning fördelas värme mellan de upphettade tropikerna och de avkylda polarregionerna över större områden i atmosfären. Men omblandningen...

  • Artikelserie från Väder och Vatten om atmosfärens allmänna cirkulation

    Den förunderliga corioliseffekten

    När temperaturskillnader jämnas ut genom att varm luft förs mot kallare nejder, och kall luft mot varmare, sker det inte utan motstånd. Jordrotatio...

  • Artikelserie från Väder och Vatten om atmosfärens allmänna cirkulation

    Jordrotationens yllemösse-effekt

    Effekten av jordens rotation, den så kallade corioliseffekten, är att varje rörelse böjs av i rät vinkel åt höger på norra halvklotet och åt vänste...

  • Artikelserie från Väder och Vatten om atmosfärens allmänna cirkulation

    Den subtropiska Midgårdsormen

    Som en Midgårdsorm slingrar sig den subtropiska jetströmmen runt jorden på cirka 30° latitud. Det är det kraftigaste och mest omfattande vindsystem...

Relaterade faktapaket

Stormig himmel  med moln

Atmosfärens cirkulation

Havsmiljö

Storskalig oceanografi

En blek sol strålar genom morgondimma.

Strålning