Ще има ли сняг за коледните празници?

Христо Чипилски 

научен асистент по метеорология

University of Oklahoma

School of Meteorology

Multi-scale data Assimilation and Predictability (MAP) Lab

Прогнозата за коледните празници е пословично една от най-дългоочакваните прогнози през годината, особено за малките децата, които чакат с нетърпение да извадят своите шейни и да направят няколко снежни човеци насред отрупаната със сняг детска градина. Въпреки че до началото на светлите коледни и новогодишни празници има повече от седмица, аз реших да направя анализ на атмосферните процеси, които ще определят характера на времето в последните дни от декември. Трябва да подчертая, че този анализ не е опит за прогнозиране времето в рамките на толкова дълъг период от време. Идеята му е да акцентира върху тези процеси, които ще бъдат ключови за точността на прогнозите за идващите празници.

Фигура 1 (кликни за оригиналния размер)

В днешно време прогнозите за времето се основават до голяма степен на така наречените числени модели за прогнозиране на времето, които смятат най-различни физични уравнения с помощта на мощни суперкомпютри. Синоптиците имат за задача да сравнят изходите на различните числени модели и да преценят кой е най-вероятният сценарий за развитието на времето. Едно такова сравнение е представено на Фиг. 1 - между американския глобален модел GFS (Global Forecasting System) и европейския глобален модел ECMWF (European Centre for Mid-Range Weather Forecasts). През годините двата центъра са се доказали на метеорологичната сцена с едни от най-точните и надеждни модели за изготвяне средносрочни прогнози за времето (т.е. прогнози за следващите 4-10 дни). Фиг. 1 ни показва полето на така наречената абсолютна топография на барично ниво 500 hPa (АТ500), т.е. каква е надморската височина, на която налягането е 500 hPa. В своята практика синоптиците ползват това поле, за да анализират каква е общата атмосферна циркулация. Прогностичните данни от EC са оцветени с червено, докато тези от GFS – със синьо. Наложените цветове показват разликата в AT500 между ECMWF и GFS. От последния панел на Фиг. 1 се вижда, че двата модела показват съществени разлики помежду си на 24 декември. Високата барична долина при американците е разположена директно над Балканския полуостров, докато при европейския модел тя се намира на изток над Черно море. Както ще видим и след малко, вероятността за сняг по време на коледните празници зависи именно от разположението на тази висока барична.

Фигура 2 (кликни за оригиналния размер)

Откъде идват разликите между двата модела? За да отговорим на този въпрос, е нужно да се върнем малко назад във времето. Нека оградим зоната, в която двата модела се различават, с черен квадрат и проследим движението на тази квадрат в по-ранни прогностични срокове. Стигаме до 19 декември 2017, където разликата между моделите е малка и се изразява най-вече в повишената амплитуда на високата барична долина в американския модел. С течението на времето обаче разликите между двете долини се увеличават. Изходът на GFS продължава да задълбава високата барична долина, с което тя не само i) забавя своето движение, но и ii) скъснява своята характеристична ширина (т.е. имаме по-малка дължина на вълната). Ефектът от i) и ii) води и до съществено изменение в приземното барично поле, както е показано на Фиг. 2. Високата барична долина в решението на GFS взаимодейства с Алпите, което води до образуването на зона с понижено приземно налягане в подветрената част на планинската верига. Под влияние на благоприятните синоптични условия, зоната на ниско налягане се организира и превръща в средиземноморския циклон, показан в десния пален на Фиг. 2. Тъй като траекторията на средиземноморския циклон минава южно от България, то страната ни остава в студената част на циклона, където има условия за продължителни валежи от сняг. По-източно разположената висока барична долина в изхода на ECMWF (ляв панел на Фиг. 2) съответства с пълната липса на средиземноморски циклон. Това е така, защото взаимодействието на въздушния поток с Алпите е кратък и възпрепятства циклогенеза в подветрената част на планинската верига.

Фигура 3 (кликни за оригиналния размер)

Но нека да върнем лентата още по-назад. На Фиг. 3 виждате разликите между ECMWF и GFS над Северна Америка. Една от най-съществените такива е оградена със зелен квадрат и се отнася до амплификацията на баричната долина, намираща се на границата между САЩ и Канада. С течение на времето разликите в амплитудите на баричните долини не само се увеличават, но започват да се усещат и далече на изток, към Атлантическия океан. Обърнете внимание на тясната връзка между амплификацията на американската барична долина и разликите в АТ500 на юг от Гренландия, за които говорихме малко по-рано на Фиг. 1 (те са означени със зелен квадрат на втория ред от Фиг. 2). Това бързо разпространение на разликите от запад на изток не е никак случайно. То представлява верижна реакция, при която амплификацията на дадена вълна на Росби (т.е. на дадена висока барична долина) води до амплификацията на други вълни на Росби, намиращи се по посока на направляващия западно-източен пренос. С други думи характерът на времето в България за повече от седмица напред ще зависи до голяма степен от динамиката на процесите в САЩ. Точността на Коледните прогнози за нашата страна ще се обуславят от това как числените модели описват потока над Скалистите планини, вследствие на което ще стане и задълбаването на високата барична долина над Северна Америка.

Фигура 4 (кликни за оригиналния размер)

Взимайки предвид казаното дотук, прогнозата за коледните празници у нас ще попадне в една от трите категории, описани на Фиг. 4. При първия сценарий високата барична долина над Централна Европа е плитка, с което над България преминава бърз студен атмосферен фронт без съществени валежи. При вторият вариант баричната долина е по-дълбока и нейното взаимодействие с Алпите води до образуването на средиземноморски циклон. Последният минава южно от страната ни и се изнася на север през Черно море (път 3а), с което носи обилни снеговалежи за Коледните празници. При третия вариант високата барична долина значително увеличава амплитудата си и се превръща във висок баричен циклон под натиска на прииждащия от запад азорския гребен. Средиземноморският циклон при тази конфигурация е блокиран, с което България остава в топлия му сектор и валежите са предимно от дъжд. Разпределението на баричното поле при тези три варианта е показано в малко по-голям мащаб на Фиг. 5.

Фигура 5 (кликни за оригиналния размер)

Надявам се, че с анализа на метеорологичните процеси преди коледните празници успях да ви убедя, че прогнозирането на времето е не е никак лесна задача и е свързана с метеорологични процеси, случващи се в другата част на земното полукълбо. За да направим точна прогноза за коледните празници, ще се наложи да обърнем специално внимание на баричните образувания, описани тук. Според очакваното развитие на метеорологичните процеси, по-точни прогнози за коледните празниците ще може да направим едва след 19 декември, когато ще стане ясно какво е поведението на високата барична долина над Северна Америка. Дотогава може само да продължим да се радваме на предколедното настроение, обхванало страната ни!

Весели празници на всички читатели на нашия блог!

Кой е виновен за безснежната Коледа в България?

(Христо Чипилски, научен асистент в University of Oklahoma)
Почти две седмици преди коледните празници прогнозите на водещите числени модели и на НИМХ-БАН предричаха сняг в дните преди Коледа. Като че ли от нищото тези прогнози се измениха на 180 градуса седмица след това. Сигурен съм, че доста от вас са останали разочаровани от настъпилите промени. Натъкнах се на доста коментари, направени от любители метеоролози, които изразиха дълбоко разочарование от нестабилността на числените модели. Много от тях твърдяха, че през последните години прогресът в областта на численото моделиране е намалял рязко. Това ме подтикна да напиша тази кратка статия, която показва причините за неочакваните промени в прогнозите и да “оправдая” лошото представяне на числените модели.

За студената вълна преди Коледа се загатваше още в края на първото десетдневие на декември. Още тогава стана ясно, че студът ще напомни за себе по време на празничните дни. За точното разпределение на валежите обаче трябваше да изчакаме, тъй като моделите показваха няколко възможни сценария. Разликата в тези сценарии беше една малка долина на Росби, разположена между Великобритания и Исландия. Последната е обект на анализа до края на статията.

Картата на фигура 1 показва абсолютната топография на 500 хПа. Сините криви са изохипсите на АТ500 (абсолютна топография на 500 хПа). Това маркира височината, на която налягането в атмосферата е 500 хПа. Анализът на АТ500 е много често използван в работата на оперативните метеоролози за диагностика на макромащабния (синоптичен) поток. На тези карти лесно можем да открием така наречените вълни на Росби, които определят времето в умерените ширини. Любопитното за тях е, че се образуват вследствие на меридионалните вариации в силата на Кориолис (въображаемата сила, която възниква от въртенето на Земята). Изохипсите на АТ500 са полезни, тъй като са почти еквивалентни на изобарите, начертани на картите с приземно налягане. Обикновено въздухът във височина се движи успоредно на изохипсите. Колкото по-гъсто разположени са тези изохипси, толкова по-силен е вятърът на показаната височина – пряко следствие от увеличената сила на баричния градиент. И още нещо – цветната скала на фигура 1 съответства на температурата на 850 хПа (приблизително 1.5 км над морското равнище).

На фигура 1 показвам две различни моделни обновления от Европейския център за  средносрочни прогнози (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF) – от 00 UTC на 11 декември 2016 (а,б) и от 16 декември 2016 (в,г). В тази фигура се крие и отговорът за променливостта на коледните прогнози. Двете обновления изглеждат доста сходно по отношение на числената прогноза за 12 UTC на 16 декември 2016 (a,г). Имаме добре изразен гребен над Европа и обширна долина над Източна Европа. Но, ако се вгледаме малко по-добре в картите, ще видим, че изохипсите изглеждат различно в района между Великобритания и Исландия. В обновлението от 16 декември откриваме малка долина (оградена с лилав кръг), която липсва в по-ранното обновление от 11 декември. Дванадесет часа по-късно (фигура 1д) долината отново присъства на прогностичните карти от 16 декември и се придвижва в посоката, схематично отбелязана с лилави стрелки. Именно тази долина стана и причина прогнозите на числените модели да клонят в посока към снежна Коледа.


(Кликни на снимките за да ги видиш в пълен размер)
Фигура 1. АТ500 и температура на 850 хПа за две различни обновления на ECMWF. Първото се отнася за 00 UTC на 11 декември 2016 (a,б), а второто – за 00 UTC на 16 декември 2016 (г,д). Прогнозите на модела важат за 12 UTC на 16 декември 2016 (лява колона) и 00 UTC на 17 декември 2016 (дясна колона). Лилавият кръг на г) и д) показва първоначалното развитие на късовълновото смущение, което доведе до прогнозите за сняг по Коледа. Лилавите стрелки илюстрират приблизителното движение на това смущение. Източник на картите: www.ecmwf.int/en/forecasts.

Но нека да видим какво се промени в последния момент и разочарова много деца, надяващи се да направят снежен човек за празниците. Фигура 2 сравнява обновлението от 00 UTC на 16 декември (а,б) с това от 00 UTC на 18 декември (в,г). Двете обновления показват едни и същи прогностични срокове – 00 UTC на 19 декември 2016 (лява колона) и 20 декември 2016 (дясна колона). В случая ще приемем, че обновлението от 18 декември 2016 е представително за истинското развитие на времето, тъй като е валидно броени часове преди показаните прогнози. Сами забелязвате, че разликите между двете обновления е почти незабележима, ако решим да пренебрегнем детайлите. Разликите се крият в оградената с лилаво висока барична долина - същата, която показахме по-рано на фигура 1.

В по-късното обновление тази долина вече се е превърнала в затворена циклонална област на AT500, но това не е толкова важно в случая. По-критичното е, че късовълновото смущение се отправя директно към страната ни според прогнозата с начални условия от 16 декември 2016. В действителност обаче смущението поема към Централна Европа (фигура 2г). И познайте какво – точно това ни лиши от надеждите за снежна Коледа. За да обосновем това твърдение, нека погледнем фигура 3, която илюстрира разликата в числените прогнози за 00 UTC на 21 декември. Лявата колона на фигура 3 показва АТ500, докато дясната – приземното налягане и съответстващите 6-часови валежи. Близостта на късовълновото смущение до Балканския полуостров води до по-ниско налягане над Балканския полуостров и разширява ивицата с валежите към територията на България (фигура 3б). В реалност обаче смущението, което вече се превърнало във висок циклон на АТ500, е запратено далече към Бискайския залив (фигура 3в). Последното променя изцяло конфигурацията на приземното налягане над Европа и води до сценарий, в който валежи над България практически липсват (фигура 3г).


(Кликни на снимките за да ги видиш в пълен размер)
Фигура 2. Като фигура 1, но с разликата, че обновленията тук се отнасят до 00 UTC на 16 декември 2016 (a,б) и 00 UTC на 18 декември 2016 (в,г). Прогнозите са валидни за 00 UTC на 19 декември 2016 (лява колона) и 00 UTC на 20 декември 2016 (дясна колона). Обновлението от 18 декември представя истинското развитие на времето (виж текст). Източник на картите: www.ecmwf.int/en/forecasts.


(Кликни на снимките за да ги видиш в пълен размер)
Фигура 3. АТ500 (a,в) и приземно налягане с 6-часови валежи (б,г). Първи ред показва обновлението от 00 UTC на 16 декември 2016 години, а втори ред – обновлението от 00 UTC на 18 декември. Подобно на фигура 2, прогнозата с начални условия от 18 декември 2016 се счита за “истинска” в контекста на анализа (прочети текст за повече информация). Зелените букви обозначават антициклона (В) и средиземноморския циклон (Н), които определят времето над България. Страната ни е оградена с червен кръг, в който е написано БГ. Допълнителни разяснения за значението на фигурите е дадено в белите правоъгълници на панели б) и г). Източник на картите: www.ecmwf.int/en/forecasts.

Надявам се, че с този кратък анализ ви убедих поне малко, че крайният резултат от една средносрочна прогноза може да зависи от малки детайли, които са способни да донесат резки промени в очакванията за дадена обстановка. Резултатите от изложената дискусия показват, че някои типове обстановки са много по-непредсказуеми от други. Това означава, че представянето на числените модели трябва да се оценя обективно и с помощта на методи, които взимат под внимание присъщата непредсказуемост в атмосферата. Такива методи обикновено са базирани на верификацията на така наречените ансамблови прогнози. Последните ни предлагат не една, а много прогнози от едни и същи начални условия. Това дава възможност да се направи директна оценка за непредсказуемостта в атмосферата. Така че следващия път, когато казвате, че “метеоролозите пак не са познали”, си спомнете за примера от тази статия.