Sään ennustaminen
Sään ennustaminen on meteorologian tunnetuin sovellus. Siinä pyritään ennakoimaan ilmakehän tulevaa tilaa tietyssä paikassa tai alueella. Sään ennustaminen on meteorologin työtä.
Ennustamismenetelmän valinta riippuu ennusteen pituudesta: Parin lähitunnin sääennusteita voidaan tehdä säähavaintojen avulla. Keskipitkissä ennusteissa tärkein työkalu ovat tietokoneissa pyörivät säänennustusmallit.
Hyvin pitkän jakson päähän voi tehdä vain "ilmastollisia ennusteita": vanhojen tilastojen perusteella voidaan esimerkiksi sanoa, että Helsingissä lumipeitteen todennäköisyys juhannuksena on noin 0 % ja joulupäivänä paljon suurempi. Ilmastollinen ennuste, joka on eri asia kuin ilmastoennuste, ei kuitenkaan ota huomioon ilmaston muuttumista.
Sivistyneitä arvauksia tulevasta säätilasta lienee tehdyn kautta historian. Ensimmäisen sanomalehdessä ilmestyneen sääennusteen laati tilastotieteilijä Francis Galton brittiläiselle The Times -sanomalehdelle. Se julkaistiin 1. huhtikuuta 1875 ilmestyneessä lehdessä. Seuraavan päivän kattanut ennuste sisälsi säätilan lisäksi ennusteen tuulensuunnista ja ilmanpaineesta.
Parin lähitunnin ennusteita voi tehdä "ekstrapoloimalla" eli olettamalla, että ilmakehän ilmiöt, kuten pilvet, sadealueet ja matalapaineet, jatkavat havaittua liikettään. Tällöin säähavainnot ovat erityisen arvokkaita, koska ne kertovat välittömän näköpiirin ulkopuolelta tulevista sääilmiöistä. Maalta ja mereltä saadaan havaintotietoja sääasemilta. Luotauksista taas saadaan lämpö-, kosteus- ja tuulitietoja eri korkeuksilta. Kaukokartoitusmenetelmät, kuten säätutka ja sääsatelliitti, tuovat yksityiskohtaista sade- ja pilvitietoa laajalta alueelta.
Yli kuuden tunnin sääennusteet perustuvat ilmakehän numeeriseen mallintamiseen.
Vuonna 1922 englantilainen Lewis Fry Richardson kokosi "primitiiviyhtälöt", joihin useimmat ilmakehämallit edelleen perustuvat. Kuusi differentiaaliyhtälöä ja kuusi tuntematonta: yhtälöryhmä ratkeaa, jos lähtötila tunnetaan. Erityisen tärkeää on tuntea ilmakehän tila ylätroposfäärissä, ja siksi radioluotaus ja sääsatelliitti ovat välttämättömiä tiedonlähteitä.
Ilmakehämalli ei ole tilastollinen vaan fysikaalinen malli: sen perustana eivät ole vanhat säätilastot vaan yhtälöillä kuvattu tieto ilmakehän tilaa kuvaavien muuttujien (lämpötila, kosteus, virtaus, paine) suhteessa toisiinsa. Ilmakehä kuvataan pistejoukkona, ja yhtälöillä kerrotaan miten muuttujien arvot kussakin pisteessä riippuvat muiden muuttujien arvoista samassa ja naapuripisteissä. Laskentapisteiden välimatka määrittää sekä mallin erottelukyvyn että sen tarvitseman tietokonetehon tarpeen. Tulevaisuuden ennustamisessa lähdetään nykytilasta, lasketaan suureiden muutosnopeudet ja niiden avulla lasketaan ilmakehän uusi tila lyhyen ajan eli aika-askelen kuluttua. Uuden tilan avulla määritetään uudet muutosnopeudet kussakin laskentapisteessä, ja näin edetään aika-askel kerrallaan halutun pituisen ennustusjakson verran.
Aiemmin suuri osa meteorologin työstä oli sääennusteen kirjoittamista: "Odotettavissa huomiseen keskipäivään asti...". Nykyisin mallitiedot ja havainnot säilötään numerojoukkona tietovarastoon, jossa meteorologi voi muokata ja yhdistellä niitä ja valita eri lähteistä tulevista tiedoista parhaiten ilmakehän kulloistakin tilaa kuvaavat arvot. Tyypillisiä ihmisen otetta kaipaavia tilanteita ovat sellaiset, joissa pienellä matkalla on suuri lämpötilaero esimerkiksi rannikon ja sisämaan välillä. Muokattua numerojoukkoa käytetään sitten useiden paikkakuntakohtaisten ennusteiden pohjana, joita voidaan levittää kuvina ja taulukoina lehtiin, puhelimiin ja tietoverkkoihin. Näin yksi ihminen ehtii tehdä miljoonia sääennusteita työvuoronsa aikana.
Sääennusteita tehdään paitsi ”suurelle yleisölle”, myös muun muassa lentoliikenteelle, maanviljelijoille, meriliikenteelle, rakentajille, tienkäyttäjille, katujen kunnossapitäjille ja puolustusvoimille, erityisesti epäsuoraa tulta ampuville joukoille. Eri käyttäjiä kiinnostavat eri sääparametrit: maalauksessa ja muissa rakennustöissä tarvitaan suhteellista kosteutta, veneilyssä tarkkoja tuulitietoja kun taas ilmailulle tärkeitä ovat pilvi- ja näkyvyystiedot. Television säälähetyksessä erityinen haaste on poimia tulevien päivien säästä kaikille katsojille oleelliset asiat kerrottaviksi rajoitetun pituisessa esityksessä.
Aina on ollut ihmisiä, jotka pyrkivät luonnonmerkeistä lukemaan tulevaisuutta, myös tulevaa säätä. Joillakin ilmiöillä on fysikaalinen tausta: pääskyt jahtaavat lentäviä hyönteisiä, ja hyönteiset nousevat ylös konvektion mukana, joten pääskyjen lentokorkeus kertoo paljaalle silmälle näkymättömistä ilmakehän ominaisuuksista. Useimmat kansanennusteet ovat kuitenkin suhteessa meteorologiaan samaa kuin horoskoopit suhteessa tähtitieteeseen.
Varsinkin myrskybongaus-harrastukseen liitty sääennusteiden ja -havaintojen seuraaminen internetistä ja omien tulkintojen luominen, etenkin ukkosen ja muiden vaarallisten ilmiöiden ennakointi.
Ilmanpaineen muutoksista tai eri kerroksissa kulkevien pilvien liikkeitä seuraamalla on mahdollista arvioida lähiseudulla liikkuvan matalapaineen reittiä.
Sadetutkan kuvasta voi seurata, mihin suuntaan sateet ovat liikkumassa. Kovin pitkät ennusteet eivät onnistu näin, sillä sadepilvet kuolevat ja niitä syntyy uusia.