Ήδη τις τελευταίες ημέρες έχει αρχίσει να αναπτύσσεται έντονη συζήτηση στο διαδίκτυο γύρω από την πορεία της θερμοκρασίας στο δεύτερο μισό του Ιουλίου, με βασικό σημείο αναφοράς τις ensemble προγνώσεις των μεγάλων προγνωστικών συστημάτων. Ωστόσο, η σωστή ανάγνωση αυτών των προϊόντων απαιτεί προσοχή, γιατί τα διαφορετικά ensemble συστήματα δεν είναι ταυτόσημα ούτε ως προς τη μέση τάση ούτε ως προς τη διασπορά των σεναρίων. Στις τελευταίες διαθέσιμες προγνώσεις, το AIFS ensemble εμφανίζει σε ορισμένα χρονικά διαστήματα εντονότερη παρουσία θερμών μελών, αλλά ταυτόχρονα και μεγάλη διασπορά, γεγονός που υποδηλώνει αυξημένη αβεβαιότητα. Το ECMWF ENS παρουσιάζεται γενικά πιο συγκρατημένο ως προς τη μέση λύση, ενώ και το GFS ensemble δείχνει ανοδική θερμοκρασιακή τάση προς το δεύτερο μισό της περιόδου, συνοδευόμενη όμως από σημαντικό άνοιγμα της «βεντάλιας» των πιθανών σεναρίων. Με βάση μόνο την οπτική κατανομή των μελών, η πιθανότητα μιας αξιόλογης θερμής περιόδου μετά τις 14–15 Ιουλίου θα μπορούσε να εκτιμηθεί περίπου στο 60–75%, η πιθανότητα ενός ισχυρού θερμού επεισοδίου στο 30–45%, ενώ η πιθανότητα ενός ακραίου επεισοδίου παραμένει, προς το παρόν, αισθητά χαμηλότερη, περίπου στο 10–20%. Οι τιμές αυτές, όμως, αποτελούν εκτιμήσεις από την οπτική ανάγνωση των ensemble διαγραμμάτων και όχι επίσημα, αριθμητικά υπολογισμένα ensemble probabilities.
Για τον λόγο αυτό προχωρήσαμε ένα βήμα παραπέρα. Αντί να περιοριστούμε στη γραφιστική εικόνα των ensembles, αντλήσαμε δεδομένα από τις ίδιες τις πρωτογενείς πηγές, επεξεργαστήκαμε τα επιμέρους μέλη των ensemble συστημάτων και υπολογίσαμε άμεσα τις πιθανότητες υπέρβασης συγκεκριμένων θερμοκρασιακών κατωφλίων στα 850 hPa. Η ανάλυση που ακολουθεί επιχειρεί έτσι να μετατρέψει τη γενική εντύπωση μιας «θερμής τάσης» σε μια πιο συγκεκριμένη και μετρήσιμη πιθανολογική εκτίμηση, διαχωρίζοντας την πιθανότητα μιας απλής θερμής περιόδου από εκείνη ενός ισχυρού ή ακραίου θερμού επεισοδίου.
Πώς λειτουργούν τα ensemble μέλη και γιατί η επεξεργασία τους είναι απαιτητική
Η πρόγνωση του καιρού δεν αποτελεί μία μοναδική και απόλυτα καθορισμένη λύση. Η ατμόσφαιρα είναι ένα χαοτικό σύστημα και μικρές διαφορές στην αρχική της κατάσταση ή στον τρόπο με τον οποίο αναπαρίστανται ορισμένες φυσικές διεργασίες μπορούν, όσο αυξάνεται ο προγνωστικός χρόνος, να οδηγήσουν σε σημαντικά διαφορετικές εξελίξεις. Για τον λόγο αυτό τα μεγάλα προγνωστικά κέντρα δεν εκτελούν μόνο μία πρόγνωση, αλλά ένα σύνολο πολλών παράλληλων προγνώσεων, τα λεγόμενα ensemble members. Στο GEFS της NOAA/NCEP χρησιμοποιούνται ένα control member και 30 perturbed members, δηλαδή συνολικά 31 προγνωστικά σενάρια. Το ECMWF ENS αποτελείται από 50 perturbed members και ένα control forecast, δηλαδή συνολικά 51 προβλέψεις. Τα perturbed members ξεκινούν από ελαφρώς διαφοροποιημένες αρχικές συνθήκες, ώστε το σύστημα να αποτυπώνει το εύρος της προγνωστικής αβεβαιότητας. Η λογική είναι απλή αλλά ισχυρή: όταν τα περισσότερα μέλη συγκλίνουν προς μια παρόμοια εξέλιξη, η εμπιστοσύνη σε αυτή την τάση αυξάνεται. Όταν αντίθετα τα μέλη ανοίγουν σε μεγάλη «βεντάλια», η αβεβαιότητα είναι μεγαλύτερη και η πρόγνωση πρέπει να διατυπώνεται με πιθανολογικούς όρους. Στη δική μας ανάλυση δεν χρησιμοποιούμε απλώς το ensemble mean, ούτε εκτιμούμε οπτικά την πυκνότητα των γραμμών ενός διαγράμματος. Λαμβάνουμε τα δεδομένα των επιμέρους μελών και υπολογίζουμε άμεσα πόσα από αυτά υπερβαίνουν συγκεκριμένα θερμοκρασιακά όρια στα 850 hPa.
Έτσι, για παράδειγμα, αν 30 από τα 51 μέλη ενός ensemble προβλέπουν θερμοκρασία ίση ή μεγαλύτερη από 24°C στα 850 hPa, η υπολογιζόμενη πιθανότητα υπέρβασης του συγκεκριμένου κατωφλίου είναι περίπου 59%.
Η διαδικασία αυτή είναι υπολογιστικά και αποθηκευτικά απαιτητική. Ακόμη και όταν επιλέγεται μόνο μία παράμετρος, όπως η θερμοκρασία στα 850 hPa, πρέπει να ληφθούν δεδομένα για δεκάδες ensemble members και για μεγάλο αριθμό προγνωστικών χρονικών βημάτων. Στη συγκεκριμένη εφαρμογή, η συνολική λήψη των απαραίτητων αρχείων πλησιάζει το 1 GB, ανάλογα με το μοντέλο, τον κύκλο πρόγνωσης και το εύρος των χρονικών βημάτων που επιλέγονται. Στη συνέχεια τα δεδομένα πρέπει να αποκωδικοποιηθούν από αρχεία GRIB, να απομονωθεί η γεωγραφική περιοχή ή το πλησιέστερο grid point της περιοχής ενδιαφέροντος, να διαχωριστούν τα επιμέρους members και οι χρόνοι πρόγνωσης και, τέλος, να υπολογιστεί για κάθε χρονικό βήμα το ποσοστό των μελών που υπερβαίνουν τα επιλεγμένα κατώφλια. Επομένως, το τελικό διάγραμμα πιθανοτήτων που παρουσιάζεται αποτελεί την τελική, απλοποιημένη εικόνα μιας πολύ μεγαλύτερης επεξεργασίας δεδομένων. Πίσω από μία μόνο καμπύλη πιθανότητας βρίσκονται εκατοντάδες ή και χιλιάδες επιμέρους τιμές πρόγνωσης.
Τι σημαίνει ensemble probability;
Δεν πρόκειται για μία προσωπική εκτίμηση ή για οπτική ανάγνωση ενός διαγράμματος. Η πιθανότητα προκύπτει από την καταμέτρηση των επιμέρους προγνωστικών μελών που υπερβαίνουν ένα συγκεκριμένο θερμοκρασιακό όριο. Με τον τρόπο αυτό, η γενική έννοια της «θερμής τάσης» μετατρέπεται σε ένα συγκεκριμένο και μετρήσιμο ποσοστό.
O ΤΡΟΠΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΤΩΝ ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΩΝ
Χωρίζουμε τις πιθανότητες σε κατηγορίες:
T850 ≥20°C → ένδειξη θερμής περιόδου
T850 ≥22°C → ένδειξη έντονης ζέστης
T850 ≥24°C → ένδειξη πολύ θερμής αέριας μάζας
T850 ≥26°C → ένδειξη ισχυρού θερμού επεισοδίου
T850 ≥28°C → ένδειξη ακραίου σεναρίου
GEFS: ισχυρότερο θερμό σήμα, αλλά όχι κυρίαρχο ακραίο σενάριο
Η πιθανολογική εικόνα του GEFS παρουσιάζει σαφή μετατόπιση προς θερμότερες αέριες μάζες καθώς προχωρούμε προς το δεύτερο μισό του Ιουλίου. Η πιθανότητα υπέρβασης των 20°C στα 850 hPa αυξάνεται σημαντικά και προς το τέλος του προγνωστικού ορίζοντα φτάνει σε υψηλά επίπεδα, ενώ παράλληλα ενισχύεται και η πιθανότητα υπέρβασης των 22°C. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η σταδιακή αύξηση των σεναρίων με Τ850 άνω των 24°C. Τα συγκεκριμένα σενάρια δεν αποτελούν την πλειοψηφία των μελών, είναι όμως πλέον αρκετά ώστε να μην μπορούν να αγνοηθούν. Αντίθετα, τα πολύ θερμά σενάρια με τιμές άνω των 26°C παραμένουν σαφώς λιγότερα, ενώ η πιθανότητα υπέρβασης των 28°C διατηρείται χαμηλή. Η συνολική εικόνα του GEFS, επομένως, δεν δείχνει προς το παρόν ένα βέβαιο ακραίο θερμό επεισόδιο. Δείχνει όμως μια αρκετά ισχυρή πιθανότητα για σημαντική θερμή περίοδο, με ένα μικρότερο αλλά υπαρκτό ποσοστό σεναρίων να υποστηρίζει σαφώς εντονότερη εξέλιξη.
ECMWF ENS: πιο συγκρατημένο ως προς την ένταση της θέρμανσης
Το ECMWF ENS παρουσιάζει επίσης μια σταδιακή αύξηση της πιθανότητας θερμότερης αέριας μάζας μετά τα μέσα του μήνα, αλλά το σήμα του είναι σαφώς πιο συγκρατημένο σε σχέση με το GEFS. Η πιθανότητα υπέρβασης των 20°C στα 850 hPa αυξάνεται αισθητά προς τις 16–18 Ιουλίου, όμως παραμένει σε χαμηλότερα επίπεδα από τα αντίστοιχα του αμερικανικού ensemble. Παράλληλα, η πιθανότητα για τιμές άνω των 22°C ενισχύεται, αλλά δεν γίνεται κυρίαρχη. Ακόμη πιο χαρακτηριστική είναι η συμπεριφορά των υψηλότερων κατωφλίων. Τα σενάρια με Τ850 πάνω από 24°C παραμένουν σχετικά περιορισμένα, ενώ τα μέλη που υποστηρίζουν τιμές άνω των 26°C ή 28°C είναι λίγα.Η εικόνα αυτή υποστηρίζει την πιθανότητα μιας θερμής περιόδου, χωρίς όμως να προσφέρει προς το παρόν ισχυρή ένδειξη για ακραίο θερμό επεισόδιο. Το ECMWF ENS φαίνεται να προκρίνει περισσότερο μια σταδιακή και αισθητή θέρμανση παρά μια απότομη μετάβαση σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες.
Συγκριτική ανάλυση GEFS – ECMWF ENS
Κοινή τάση προς τη θέρμανση, σημαντική διαφορά στην ένταση
Η σύγκριση των δύο ensemble systems παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον, γιατί υπάρχει συμφωνία ως προς τη βασική κατεύθυνση της εξέλιξης, αλλά όχι ως προς το μέγεθος της θέρμανσης. Και τα δύο συστήματα αυξάνουν μετά τα μέσα Ιουλίου την πιθανότητα εμφάνισης θερμότερης αέριας μάζας πάνω από την Αθήνα. Η διαφορά βρίσκεται κυρίως στην ένταση του σήματος. Το GEFS εμφανίζεται αισθητά πιο επιθετικό στα θερμά σενάρια. Μετά τις 16–17 Ιουλίου η πιθανότητα υπέρβασης των 22°C στα 850 hPa αυξάνεται σημαντικά, ενώ και τα σενάρια άνω των 24°C αποκτούν υπολογίσιμη παρουσία.Το ECMWF ENS παραμένει πιο συγκρατημένο. Αναγνωρίζει επίσης την τάση θέρμανσης, αλλά αποδίδει μικρότερες πιθανότητες τόσο στην υπέρβαση των 22°C όσο και, κυρίως, στην υπέρβαση των 24°C. Η διαφορά αυτή είναι ουσιαστική. Δεν σημαίνει ότι το ένα μοντέλο είναι «σωστό» και το άλλο «λάθος». Σημαίνει ότι, ενώ η πιθανότητα μιας θερμής περιόδου αρχίζει να αποκτά κοινή υποστήριξη, η ένταση της θέρμανσης παραμένει σημαντικά αβέβαιη.
Με απλά λόγια:
Το μήνυμα για θερμότερο καιρό γίνεται ολοένα πιο καθαρό. Το μήνυμα για ακραίο καύσωνα, όμως, δεν έχει ακόμη την ίδια καθαρότητα ούτε την ίδια συμφωνία μεταξύ των μοντέλων.
Η πιθανολογική πρόγνωση που σας παρουσιάσαμε δεν έχει σκοπό να δώσει από πολύ νωρίς μία απόλυτη απάντηση στο ερώτημα αν «έρχεται ή δεν έρχεται καύσωνας». Η πραγματική της αξία βρίσκεται ακριβώς στο ότι μας επιτρέπει να παρακολουθούμε πώς μεταβάλλεται το βάρος των διαφορετικών σεναρίων όσο πλησιάζουμε χρονικά προς το ενδεχόμενο επεισόδιο. Στην παρούσα φάση, τα διαθέσιμα ensembles συγκλίνουν στην αύξηση της πιθανότητας μιας θερμής περιόδου μετά τα μέσα Ιουλίου. Δεν συγκλίνουν όμως ακόμη στον ίδιο βαθμό ως προς την ένταση, τη διάρκεια και τον ακριβή χρονισμό της. Το GEFS εμφανίζεται σαφώς θερμότερο, ενώ το ECMWF ENS διατηρεί πιο συγκρατημένη στάση. Τα πιο ακραία σενάρια υπάρχουν, αλλά παραμένουν ακόμη μειοψηφικά. Γι’ αυτό και η σωστή ανάγνωση σήμερα δεν είναι ότι έχει ήδη «κλειδώσει» ένα συγκεκριμένο ακραίο επεισόδιο. Το επιστημονικά πιο ορθό συμπέρασμα είναι ότι το ενδεχόμενο σημαντικής θέρμανσης ενισχύεται, αλλά η πιθανότητα πραγματικά ακραίας εξέλιξης παραμένει χαμηλότερη και χρειάζεται συνεχή επανεκτίμηση στα επόμενα runs.
Κόντρα στο «πνεύμα των καιρών» και των “εκπτώσεων” επί των προγνώσεων , επιχειρήσαμε σήμερα να δείξουμε αναλυτικά πώς πρέπει πραγματικά να διαβάζουμε τις ensemble προγνώσεις: όχι απομονώνοντας το πιο εντυπωσιακό ή ακραίο σενάριο, αλλά εξετάζοντας τη συνολική κατανομή των μελών, τη μεταξύ τους σύγκλιση ή απόκλιση και, κυρίως, το πώς μεταβάλλονται οι πιθανότητες όσο περνά ο χρόνος. Μια επιστημονική και τεκμηριωμένη μέθοδο. Η πρόγνωση δεν είναι διαγωνισμός εντυπώσεων. Είναι άσκηση αξιολόγησης της αβεβαιότητας. Και όσο πιο μακρινός είναι ο χρονικός ορίζοντας, τόσο μεγαλύτερη σημασία έχει να μιλάμε με όρους πιθανοτήτων και όχι βεβαιοτήτων.
Θεόδωρος Ν. Κολυδάς
Διευθυντής Τομέα Υδρομετεωρολογίας και Φυσικών Καταστροφών εργαστηρίου Assist Δημοκριτείου Πανεπιστημίου Θράκης – Mετεωρολόγος Star Channel – Πρώην Υποδιοικητής ΕΜΥ και Διευθυντής Εθνικού Μετεωρολογικού Κέντρου – Μέλος της Επιστημονικής Επιτροπής της Έδρας UNESCO Con-E-Ect
© Το κείμενο διατίθεται με άδεια CC BY-ND 4.0. Επιτρέπεται η αναπαραγωγή με αναφορά στην πηγή και χωρίς τροποποίηση του περιεχομένου.