Vuonna 1922 englantilainen matemaatikko Lewis Fry Richardson teki maailman ensimmäisen sääennusteen, joka perustui matemaattisiin yhtälöihin ja fysiikan lainalaisuuksiin. Koska tietokoneita ei tuolloin vielä ollut olemassa, piti laskenta suorittaa ”käsin” useamman matemaatikon yhteistyönä. Ikävä kyllä 6 tunnin piste-ennusteen tekemiseen kului tuolloin aikaa 6 viikkoa! Lopputulos ei sekään ollut kovin mairitteleva. Ennusteen mukaan ilmanpaineen olisi pitänyt kohota 6 tunnin aikana 145 hPa, kun se todellisuudessa laski 1 hPa:n verran (mainittakoon, että Suomessa korkein mitattu ilmanpaine on ollut 1066 hPa ja alhaisin 940 hPa eli meillä suurin vuosien välinenkin vaihtelu on ollut 126 hPa ).
Numeerinen meteorologia kehittyi nopeasti tietokoneiden myötä
L.F.Richardsonin meteorologiset menetelmät haudattiin vielä pitkäksi aikaa, mutta tästä voidaan katsoa numeerisen meteorologian saaneen alkunsa. Nykyään tietokoneiden kehittymisen myötä voidaan yhden 6 tunnin piste-ennusteen sijasta laskea 10 vrk:n ennuste koko maapallolle vain muutaman tunnin kuluessa. Ilmakehän hetkittäistä tilaa, pilvisyyttä, sadetta, ilmanpainetta, tuulta, lämpötilaa ja kaikkea muutakin säähän liittyvää lasketaan jatkuvana virtana maapallon joka kolkkaan. Ennusteissa käytetyt perusyhtälöt ovat edelleenkin pitkälle samat, joita L.F.Richardson käytti jo lähes 100 vuotta sitten. Tietokoneiden avulla sääennusteita on periaatteessa mahdollista laskea kuinka pitkälle tahansa. Ennusteiden tarkkuus kuitenkin laskee ennustepituuden myötä ja niin eri pituisissa ennusteissa painotetaankin yleensä vähän erilaisia asioita. Meteorologisesti ennusteet voidaan pituuden mukaan jakaa karkeasti 5 eri ryhmään: Lähituntien ennusteet (Nowcasting), lähipäivien ennusteet (0-5 vrk), yli 5 vrk:n ennusteet (5-15 vrk), kausiennusteet (1-6kk) ja ilmastoennusteet (jopa satoja ja tuhansia vuosia).
1. Lähituntien ja lähipäivien ennusteet
Viimeisten vuosikymmenten myötä tietokonelaskelmista on tullut meteorologin päätyökalu. Tietokonelaskelmien kehityksen johdosta 5 vrk:n ennusteet ovat nykyään jo tarkempia kuin ylihuomisen ennusteet olivat reilut parikymmentä vuotta sitten. Ennen tietokoneita sääennusteet perustuivat pitkälti ilmakehän tilan havainnointiin ja eri korkeuksilla vallitsevien tuulten vaikutukseen säätilan muuttumisessa sekä meteorologiseen kokemukseen erilaisista säätyypeistä. Lähituntien ennusteissa tietokonelaskelmien kehitys ei ole ollut yhtä huimaa ja ns. nowcasting-ennusteissa meteorologi pystyykin eniten parantamaan tietokone-ennusteita. Yli vuorokauden pituisissa ennusteissa meteorologi pystyy kokemuksellaan usein vielä parantamaan ennusteita, mutta enää vaan äärelliseen määrään ennustettavia pisteitä. Ennusteiden laatiminen jokaisen niemen ja notkelman kupeeseen ei olisi mahdollista ilman tietokoneiden laskentatehoa.
Osa tietokoneiden ennustetarkkuudesta on kuitenkin vain näennäistä. Sään suuria linjoja, esimerkiksi säärintamia ja voimakkaita matalapaineita, pystytään ennustamaan usean vuorokauden ajan huomattavan tarkasti. Sen sijaan paikalliset pilvenhattarat ja kuurosateet tekevät tiukkaa jo samalle päivälle. Ikävä kyllä, näiden paikallisten ilmiöiden ennustaminen tarkalleen oikeaan paikkaan tulee aina olemaan mahdotonta. Tietokone kuitenkin asettelee aina pilven lonkareet ja paikalliset sateet jonkin kylän kohdalle, vaikkei varmaa tietoa säästä olisikaan tiedossa. Ovatpa jotkut kutsuneet tätä tietokonelaskelmien näennäistä tarkkuutta myös nimellä “meteorologinen syöpä” halutessaan korostaa “liian tarkkojen” ennusteiden aiheuttamaa vääristymää.
Lähes kaikki “pieleen menneet ennusteet” johtuvat melko paikallisista ilmiöistä. Esimerkiksi kun pilvipeite on paikallisesti revennyt tai se on revennyt 100 km väärässä paikassa tai sadekuuro on kulkenut kaupungin väärältä puolelta tai jäänyt kokonaan syntymättä jne. Kuvassa 2 nähdään esimerkki täysin satunnaisesti valitusta sääjaksosta ja siihen liittyvistä “ennustevirheistä”.
2. Yli 5 vrk:n ennusteet
Tietokonelaskelmat pystyvät useimmiten ennustamaan melko hyvin vielä 5 vrk:n suuria linjoja kuten säärintamia ja matalapaineiden keskuksia. Toki ajoituksissa on jo heittoja ja saderintamien sijainti voi laskelmissa heittää jo muutamia satoja kilometrejä. Usein 5 vrk:n kohdalla saderintamien hahmottaminen kuitenkin alkaa jo hämärtyä. Tämä yksittäisten “sääolioiden” liikkeiden hämärtymisen ajankohta vaihtelee säätilanteista riippuen tyypillisimmin 4-7 vrk:n välillä. Tästä eteenpäin meteorologi ei enää mielellään ennusta säätä sen varsinaisessa merkityksessä. Tämän jälkeen ei enää yleensä haluta puhua sateiden ajoituksesta tai niiden määrästä. Enemmänkin aletaan kertoa vallitsevasta säätyypistä: Ollaanko enemmän korkeapaineen vai matalapaineen vaikutuspiirissä tai kylmässä vai lämpimässä ilmamassassa. Meteorologin ei myöskään ole mielekästä arvuutella, kuinka kauan mahdollinen säätyyppi kestää. Mikäli ilmakehässä on liikkeellä isompia korkeapaineita tai matalapaineenalueita, säätyyppiä voi ennustaa rohkeammin pidemmälle ajalle. Useimmiten tilanne on kuitenkin epäselvempi. Viime vuosina tietokonelaskelmat ovat kehittyneet jonkin verran myös tällä aikajänteellä. Erityisesti ns. ryväsennusteet ovat parantaneet yli 5 vrk:n ennusteiden luotettavuutta. Kuvassa 3 nähdään kuinka paljon ryväsennusteet parantavat yli 5 vrk:n ennusteita. Asiasta voi lukea enemmän blogista: ”Sääennuste 15 vuorokaudelle”. Jossain määrin tällaiset 15 vrk:n ennusteet alkavat jo lähentyä ilmastokäsitettä. Toisin sanoen niissä annetaan lämpötiloille vaihteluväli ja todennäköisin lämpötila, joka on jo vähän “kärjistetty keskiarvo” lämpötilasta.
3. Kausiennusteet
Ennustejakson yhä pidentyessä ei enää kovin suurella varmuudella voida puhua edes vallitsevasta säätyypistä. Useampien kuukausienkin ennusteita kehitellään koko ajan, mutta niiden osumatarkkuus ei varsinkaan meillä Pohjolassa ole kovinkaan häikäisevä. Ennusteiden osuvuus on kyllä aavistuksen yli 50 prosenttia, mutta hyvällä arvauksella pääsee usein selvästi parempaan tulokseen. Yli 50 prosentin osumatarkkuuskin taitaa käytännössä tulla siitä, että ennusteet ennustavat useimmiten vähän keskimääräistä lämpimämpää säätä ja todellisuudessakin viime vuosikymmeninä on ollut keskimääräistä lämpimämpää. Kausiennusteet ovat parhaimmillaan silloin, kun säätyyppi pysyy kuukausien ajan samana eikä juurikaan muutu ennustettavan jakson aikana. Toisinaan kausiennusteet saattavat saada kiinni vielä ensimmäisen suursäätilan muutoksen, mutta viimeistään seuraavan muutoksen jälkeen laskelmat ”putoavat kärryiltä”.
4. Ilmastoennusteet
Ilmastoennusteet ovat sitten vielä aivan oma lukunsa ja niistä pitäisi varmaan jonkun kirjoittaa ihan oman bloginsa. Ilmastoennusteissa pitää ottaa sääennusteiden lisäksi huomioon myös ilmakehän koostumuksen muutoksia, jääpeitteiden muutoksia, auringon säteilytehon muutoksia ja erilaisia monimutkaisia kytköksiä valtamerten ja ilmakehän välillä. Eikä mitenkään helpoimpana ennustettavana voida pitää ihmiskunnan toiminnan ja kehityksen ennustamista, jotta voidaan ennustaa ilmakehän koostumuksen muutosta. Kaiken tämän jälkeen lasketaan sitten useampia ennusteita, joista ei yritetäkään ennustaa yksittäistä säätilaa tai edes yksittäisen vuoden keskiarvoja, vaan karkeaa lämpötilan muutossuuntaa ja nopeutta. Erilaisissa laskelmissa on vielä suuria paikallisia eroavuuksia, mutta kaikki ne kyllä tällä hetkellä ennustavat kokonaisuudessa ilmaston lämpenevän.
”Erilaisissa laskelmissa on vielä suuria paikallisia eroavuuksia, mutta kaikki ne kyllä tällä hetkellä ennustavat kokonaisuudessa ilmaston lämpenevän.”
Ja kaikki laskelmat on jo nyt havaittu liiottelevan kyseistä lämpenemistä ja rankasti.