Dlaczego prognozy porywów wiatru zimą są tak trudne?

Poryw wiatru to jedno z najtrudniejszych zjawisk do uchwycenia w prognozach pogody. Szczególnie zimą, gdy nad Europą przechodzą głębokie niże, a gradient ciśnienia sprzyja silnym wichurom, różnice między prognozą a rzeczywistymi pomiarami potrafią być wyraźne. Raz model przeszacuje zagrożenie, innym razem je zaniży. Źródłem tej niepewności nie jest jednak przypadek, lecz sposób, w jaki modele numeryczne opisują atmosferę.

Modele prognozy pogody operują na trójwymiarowej siatce obliczeniowej. Każda jej komórka ma określoną wielkość – zwykle rzędu jednego lub kilku kilometrów – a obliczana w niej prędkość wiatru jest wartością uśrednioną dla całego obszaru. Tymczasem poryw jest zjawiskiem krótkotrwałym i lokalnym. To chwilowe maksimum w obrębie tej średniej. A modelowanie ekstremów zawsze jest trudniejsze niż modelowanie wartości przeciętnych.

Kluczową rolę odgrywa mieszanie pionowe w warstwie granicznej atmosfery. Zimą bardzo często silniejszy wiatr występuje kilkaset metrów nad powierzchnią ziemi. To tam znajduje się „rezerwuar pędu”. Pytanie brzmi: czy ten silny wiatr zostanie sprowadzony do powierzchni?

W warunkach stabilnych, typowych dla chłodnej pory roku, przy wychłodzonym podłożu i inwersji temperatury, mieszanie pionowe jest ograniczone. Silniejszy wiatr pozostaje wyżej, a przy ziemi podmuchy są słabsze, niż mogłoby wynikać z analizy pola wiatru na wyższych poziomach. Z kolei w sytuacjach bardziej chwiejnych, przy silnym wymuszaniu dynamicznym lub konwekcji, powietrze miesza się intensywnie i wiatr z wyższych warstw może zostać szybko „ściągnięty” ku powierzchni, powodując bardzo silne porywy. Precyzyjne odwzorowanie tej równowagi między stabilnością a mieszaniem jest jednym z największych wyzwań w modelowaniu zimowych wichur.

Kolejnym elementem jest szorstkość podłoża, czyli sposób, w jaki powierzchnia Ziemi hamuje przepływ powietrza. Las, gęsta zabudowa miejska czy teren górzysty mają znacznie większą szorstkość aerodynamiczną niż otwarta równina czy akwen wodny. Modele muszą tę szorstkość uśredniać w obrębie swojej siatki obliczeniowej. Jeśli rzeczywiste zróżnicowanie terenu jest większe niż to przyjęte w modelu, prędkość wiatru przy powierzchni może zostać przeszacowana lub niedoszacowana. To szczególnie istotne w strefach przejściowych – na przykład na skraju lasu, w dolinach czy w pobliżu linii brzegowej.

Dodatkową trudnością są zjawiska małoskalowe, które rozwijają się szybko i obejmują stosunkowo niewielkie obszary, a mimo to generują bardzo silne porywy. Ich uchwycenie wymaga bardzo wysokiej rozdzielczości modelu oraz precyzyjnych danych początkowych. Jeśli wichura szybko się pogłębia, każda niewielka nieścisłość w opisie początkowego stanu atmosfery może przełożyć się na wyraźne różnice w prognozowanych porywach.

W efekcie podczas zimowych burz i niżów modele mogą wykazywać zarówno tendencję do zaniżania, jak i zawyżania prognozowanych wartości. Stabilna warstwa przyziemna sprzyja niedoszacowaniu potencjału silnych podmuchów, natomiast zbyt intensywnie odwzorowane mieszanie pionowe może prowadzić do przeszacowania.

Dlatego surowa mapa porywów z modelu nie zawsze jest najlepszą odpowiedzią na pytanie o realne zagrożenie w konkretnym miejscu. W praktyce prognozy są dodatkowo korygowane metodami statystycznymi, które uwzględniają wcześniejsze błędy modeli oraz lokalne uwarunkowania terenowe. To próba połączenia matematycznego opisu atmosfery z doświadczeniem i wiedzą o specyfice danego regionu.

Prognozowanie porywów wiatru pozostaje jednym z najbardziej wymagających elementów meteorologii operacyjnej. Nie dlatego, że atmosfera jest „nieprzewidywalna”, lecz dlatego, że próbujemy opisać zjawisko ekstremalne, krótkotrwałe i silnie zależne od lokalnych warunków – za pomocą narzędzi, które z konieczności operują uśrednionym obrazem rzeczywistości.