Vejrmodeller step by step – for de nysgerrige og nørdede

En vejrmodel er et meget vigtigt værktøj, når der skal laves vejrprognoser. For at lave så nøjagtige vejrudsigter som muligt, deltager DMI i et internationalt samarbejde omkring vejrmodeller, som DMI tilpasser særligt til danske forhold og behov.

Både ude i erhvervslivet og i befolkningen er gode og pålidelige vejrudsigter noget, man værdsætter meget. Men mange tænker måske ikke over, at DMI’s egne produkter og serviceydelser også er afhængige af vejrforudsigelser af høj kvalitet, og det stiller blandt andet krav til de processer, der ligger bag vejrprognoserne.

Hvad er en vejrmodel egentlig?

En vejrmodel er en simulering af atmosfæren og bruges til at lave vejrprognoser.

Modellen er et omfattende computerprogram, som fodres med store mængder af målinger fra atmosfæren. Den bygger på komplicerede koder og ligninger, som er baseret på de fysiske love, som gælder for atmosfæren. På den måde kan man med vejrmodeller beregne, hvordan vejrsituationen i den nære fremtid højst sandsynligt kommer til at tage sig ud. Nogle vejrmodeller har global dækning mens andre køres på et begrænset geografisk område.

DMI formidler prognoser fra globale modeller, primært fra det internationalt førende europæiske vejrcenter ( ECMWF = European Centre for Medium Range Weather Forecasts) men også fra egen vejrmodel.

DMI’s vejrmodel køres adskillige gange i døgnet i takt med at der kommer nye vejrdata fra atmosfæren. Det medfører en hyppig justering af vejrprognoserne i større eller mindre grad.

Prognoserne repræsenterer det bedst mulige svar på, hvordan vejret vil udvikle sig over tid. Ved DMI beregnes vejret op til ca. 2 døgn frem i detaljer for de geografiske områder, der er relevante for Danmark (se afsnittet om DMIs vejrmodel). På randen af disse geografiske områder tilføres modellen vejrinformation fra den globale model ved det internationalt førende europæiske vejrcenter ( ECMWF = European Centre for Medium Range Weather Forecasts). Denne kobling til data fra ECMWF er med til at sikre den bedst mulige prognosekvalitet. DMI’s model er mere finmasket og opdateres hyppigere end den globale model fra ECMWF, og derfor kan DMI tilføre ekstra værdi til danske brugere af vejrprognoser.

Bygget på matematik og fysik

Beregningerne i vejrmodellen er matematiske og fysiske ligninger som udgør atmosfærens strømning (dvs. vind), energiindhold, luftens masse og sammensætning. Det medfører f.eks. at alle processer, der påvirker luftens temperatur, skal inddrages i modellen, f.eks. strålingsprocesser, der kan opvarme eller afkøle luften.

Et budget over atmosfærens masse (kontinuitet for masse) indebærer, at der holdes styr på, hvor meget luft der strømmer ud og ind igennem et geografisk område. Det bestemmer lufttrykket på et givet sted (vægten af luft i en vertikal luftsøjle).

Desuden skal der holdes styr på vand i dets forskellige tilstandsformer i atmosfæren.  Vanddamp fortættes når grænserne for muligt indhold af vanddamp overskrides. Det sker ved en kendt afhængighed af temperaturen. Varm luft kan indeholde langt mere vanddamp inden fortætning end kold luft. Ved fortætning af vanddamp dannes skydråber eller iskrystaller, der senere kan danne regndråber, snefnug, hagl eller andre nedbørspartikler, som falder ud af atmosfæren. 

Alle disse fysiske processer medtages i vejrmodellen så godt som muligt med de computerressourcer der er til rådighed.  

For at kunne regne på, hvordan atmosfæren udvikler sig, opdeler man atmosfæren i et 3-dimensionalt net af  gitterpunkter. En prognose gennemføres ved at fremskrive værdierne i de enkelte gitterpunkter i små tidsskridt.  Fremskrivningen repræsenterer  den praktiske oversættelse af de matematiske ligninger til vejrmodellens gitterpunkter.  Udviklingen over timer eller dage er opsummeringen af ændringerne over de mange tidsskridt i modellen. Hvert tidsskridt er 1 minut eller mindre.

De største vejrmodeller, som DMI anvender indeholder mange millioner gitterpunkter. Det kræver derfor en supercomputer at udføre vejrmodellens beregninger tilstrækkeligt hurtigt på daglig basis.

Den danske model og arbejdsgangen

Når vi taler om vejrmodeller på supercomputere, anvendes betegnelsen NWP (Numerical Weather Prediction).

Den danske vejrmodel kaldes HARMONIE, (Hirlam Aladin Research towards Mesoscale Operational NWP In Europe) og udvikles i et internationalt samarbejde. Hirlam og Aladin er navnene på to grupper af samarbejdende meteorologiske institutioner i Europa, og HARMONIE har derfor et bredt europæisk fundament.

For at en vejrmodel (og dermed også DMI-HIRLAM og DMI-HARMONIE) bliver så god som muligt, ligger et større arbejde før prognosen udarbejdes og ligeledes under og efter prognosen er kørt:

1) Præprocessering - hvad fodrer vi vejrmodellen med?

2) Analysen – en simulering af atmosfærens tilstand

3) Prognosen – bedste bud på vejrets udvikling

4) Postprocessering - efterbehandling af data

5) Verifikation – hvor god var vejrprognosen?