Väderprognoser – en omöjlig konst

Onsdagen den 31 januari, när SMHI såg de hårda pålandsvindarna som tryckte in snöbyarna mot den svenska ostkusten gick man ut med en klass 2-varning. Väderutvecklingen väntades innebära fara för allmänheten, med risk för stora materiella skador och stora störningar i viktiga samhällsfunktioner. Allmänheten uppmanades att följa ny information på radio, tv eller internet. Skolor i Västernorrland stängdes. Tåg ställdes in. När snön kom vräkte den ner i rekordmängder. På vissa håll i Gävleborg och norrut föll en halv meter nysnö. Stillastående bilar begravdes. Dagen därpå hittades fyra personer i Västernorrland döda utomhus, i närheten av sina hem.

SMHI hade varnat och fått rätt. Samhället hade vidtagit åtgärder, men oväders­varslet var kort. Det var först några dagar före ovädret som SMHI kunde se att snön skulle slå till så hårt.

Att spå väder är svårt, eftersom väder är bland det mest oförutsägbara som finns. Det är lättare att förutsäga en solförmörkelse om 2000 år än vädret om två dagar.

– Planeternas banor går att räkna ut. De rör sig enligt fysikens lagar och går att förutse, säger Lennart Wern, klimatolog på SMHI.

Med vädrets roterande och skiktade turbulenta vätskor och gasblandningar förhåller det sig annorlunda. Atmosfären styrs av fysikaliska lagar som kan beskrivas som ett komplicerat ekvationssystem. Med känt utgångsläge kan man i princip räkna fram den kommande väderutvecklingen genom att lösa ekvationssystemet. Men problemen är många och nästan ­oöverstigliga.

Problemet handlar inte om begränsad datorkapacitet, utan beror just på atmosfärens komplexitet. Den vet man något om på grund av en slump. Meteorologen Edward Lorenz vid MIT i Boston höll i slutet på 1950-talet på med en datamodell över vädret; skrev av siffrorna som gällde ett visst avsnitt av datorns väderutveckling, tog en kaffepaus, kom tillbaka och matade in siffrorna igen, för enkelhetens skull med tre decimaler i stället för sex. Trots att de nya värdena hade en noggrannhet på en tusendel upptäckte Lorenz att prognoserna spårade ur helt och hållet, och saknade alla likheter med den prognos han gjort med sex decimaler.

Efter att ha konstaterat att prognos­debaclet inte berodde på att datorn havererat insåg Lorenz att atmosfärens rörelselagar inte följer en säker matematisk övergång från nuet till framtiden, utan snarare en princip som närmast måste liknas vid kaos.

Kaos innebar i detta fall ett känsligt beroende av begynnelsevillkoren. Principen brukar beskrivas som fjärilseffekten, och visar hur en ett system kan vara känsligt för ingångsvärden. En fjäril flaxar med sina vingar och åstadkommer en minimal turbulens i luften. Denna turbulens kan i sin tur störa en något större luftström, som i sin tur styr en ännu större. En fjärils fladdrande vingar kan starta en process som i slutändan ger upphov till en storm på andra sidan jordklotet. Luftrörelser glider in i varandra, påverkar varandra på ett komplicerat sätt. Små förändringar kan få stora konsekvenser.

– Svårigheten med väderprognoser handlar om att det aldrig går att få kännedom om det exakta utgångsläget. Att mäta temperatur, fuktighet, tryck och vind på olika nivåer blir bara glesa stickprov i atmosfären, säger Lennart Wern.

Datainsamlingen av hur tillståndet ser ut i atmosfären är ganska lätt att göra på land, men svårare till havs och högt uppe i luften. Platser där vädret förändras fort, som vid kusterna och i fjällen, kräver också täta observationer.

Utan täta och exakta observationer, blir prognoserna inte bara oprecisa utan ofta helt fel.

Meteorologers metod för att dra slutsatser om detta komplexa system är därför att dela in atmosfären i olika kuber och ge varje kub värden för temperatur, lufttryck och luftfuktighet.

Sedan låter man datorn räkna ut hur de olika kuberna påverkar varandra. Atmo­sfären i en modern global prognosmodell kan vara indelad i ett rutmönster på över 50 vertikala nivåer och med en horisontell upplösning på 40 kilometer eller ännu tätare. Efter att observationsvärden interpolerats fram i varje beräkningspunkt beräknar datorn prognosen i upprepade tidssteg på 20 minuter, ända upp till 10 dygn och spottar ur sig digitala vindar över digitala bergskedjor. Resultatet blir ett fält av temperatur, fuktighet, tryck och vind, som kan presenteras i kartform och tolkas av meteorologen.

För att göra en perfekt modell skulle datorn behöva simulera varenda atoms rörelse och dessutom veta exakt var de befinner sig i det ögonblick som beräkningarna ska starta. Men kan man veta det? Två torra löv intill varandra i gräset kommer att ta olika vägar; ett kommer att fastna mot en sten, föras vidare med en bäck, någonstans, ett annat kommer att ta en annan väg.

– Datorn är dålig på att hantera kaos. En termometer mäter temperaturen på mer än en tiondels grad. En dator använder sexton decimaler, men ett kaotiskt system kräver betydligt högre precision. I princip skulle man behöva känna till vartenda löv i hela världen. Det vi gör är alltså inte förutsägelser, utan ganska kvalificerade prognoser, säger Lennart Wern.

Den svenska vintern har så här långt varit ovanligt snörik, men mild. Efter snövädret som drog in över Norrland i början av ­februari växte istäcket i Bottniska viken. Sedan söndagen den 4 februari är hela ­havet istäckt från Örnsköldsvik och norrut.

Den här veckan, årets första sportlovsvecka, spår SMHI att det ska bli moddigt. I ungefär 80 procent av prognoserna som gäller ett dygn framåt har man rätt.