Nokkur orð um veðurlagsflokkun Hovmøllers

Danski veðurfræðingurinn Ernest Aabo Hovmöller (1912-2008) er nú langþekktastur fyrir sérstaka gerð veðurrita sem kennd eru við hann (Hovmöller, 1949). Hann lauk magistersprófi í veðurfræði við Hafnarháskóla 1937 og starfaði síðan á dönsku veðurstofunni fram til ársins 1946. Þá flutti hann til Svíþjóðar, tók þar fil.lic. próf í fræðigrein sinni og gerðist deildarstjóri veðurfarsdeildar sænsku veðurstofunnar árið 1955.

Hovmöller starfaði síðan lengst af í Svíþjóð en dvaldi tvisvar við störf hér á landi. Í fyrra skiptið í þrjá og hálfan mánuð á árinu 1957 en síðar í þrjá mánuði vorið kalda 1979, en hann hafði farið á eftirlaun árið áður.

Í fyrri dvölinni var hann ráðgefandi fulltrúi Sameinuðu þjóðanna og leiðbeindi um starfsemi í veðurfarsdeild Veðurstofunnar (Veðráttan, ársyfirlit 1957). Einkum fjallaði hann um aðferðir til reikninga á meðaltölum veðurs. Árið 1960 gáfu Sameinuðu þjóðirnar út skýrslu hans um veðurfarsupplýsingar á Íslandi (Hovmöller, 1960). Nú, meir en hálfri öld síðar er það enn grundvallarrit um veðurathuganir og meðaltalsreikninga.

Árið 1979 dvaldi Hovmöller hér öðru sinni og vann við að koma hugmynd sinni um veðurlagsflokkun fyrir Ísland í framkvæmd. Tókst það svo vel að aðferðir hans voru um nokkurra ára skeið notaðar á Veðurstofunni við gerð 3 til 5 daga veðurspáa. Hugmyndina hafði hann að einhverju leyti reynt áður í Svíþjóð upp úr 1960. Þórir Sigurðsson veðurfræðingur sá um tölvuúrvinnslu íslenskra gagna og forritun, en ritstjóri hungurdiska var Hovmöller til aðstoðar. Minnist hann lærdómsríkrar samvinnu með hlýhug og þakklæti. 

Veðurlagsflokkun

Það er alkunna að í suðlægum áttum er gjarnan þurrviðrasamt um norðaustanvert landið en oftast er þurrt suðvestanlands þegar vindur blæs af norðri. Býsna fróðlegt er að bera saman veður við svipuð skilyrði, t.d. athuga úrkomudreifingu á landinu annars vegar í hlýjum suðlægum áttum og hins vegar í dæmigerðum útsynningi. Hovmöller bjó til flokkunarkerfi sem nota má í þessu skyni.

Við veðurlagsflokkun Hovmöllers var eingöngu litið á veðurlag í 500 hPa-þrýstifletinum í námunda við landið en þessi þrýstiflötur er oftast í rúmlega 5 km hæð yfir landinu. Reiknaðar voru mælitölur fyrir styrk vestan- og sunnanátta í fletinum fyrir hvern einasta dag í tuttugu ár, 1958 til 1977. Að því loknu voru mánuðirnir skildir að.

Í janúarmánuðum þessara 20 ára eru alls 620 dagar. Þessum dögum var þvínæst skipt í þrennt: Hluta sem inniheldur þá 207 daga sem sterkasta vestanátt reyndust hafa í 500 hPa-fletinum, þá 207 daga sem vestanáttin var veikust og loks afganginn. Vestanáttinni í háloftunum var þannig skipt á þrjá flokka sem einfaldlega voru kallaðir 1, 2 og 3. Hæsta talan á við sterkustu vestanáttina, en talan 1 þá veikustu. Sams konar skipting var einnig gerð fyrir sunnanáttina.

Auk þess sem vindar eru mismiklir og hafa mismunandi stefnu í 500 hPa er mislangt upp í flötinn. Hæðinni var nú einnig skipt í þrjá flokka þannig að í fyrsta flokkinn koma þeir 207 dagar sem hafa hæstan 500 hPa-flöt o.s.frv. Þessir flokkar eru nefndir 4, 5 og 6 til aðgreiningar frá sunnan- og vestanþáttunum. Talan 4 stendur fyrir hæsta 500 hPa-þriðjungsflokkinn en 6 fyrir þann lægsta.

Á þennan hátt fást í janúarmánuði 27 flokkar og skipast allir dagar í flokk. Hver flokkur fær 3 stafa einkennistölu. Sem dæmi má nefna að í flokki 114 er vestanáttin veik (1), sunnanáttin líka (1) og 500 hPa-flöturinn stendur tiltölulega hátt (4). Í flokki 215 er vestanátt í meðallagi, sunnanátt veik og 500 hPa-hæðin er nærri meðallagi.

Sama aðferð var síðan notuð til að finna flokkamörk annarra mánaða ársins. 

Hér ber að athuga að í flestum mánuðum er meðalvindátt í 500 hPa-fletinum af vestsuðvestri yfir Íslandi. Svo vill til að í allmörgum mánuðum eru skil milli sunnan- og norðanátta einmitt ekki fjarri mörkum flokkanna 1 og 2. Talan einn í sunnanáttarsætinu þýðir því oftast að vindátt þann daginn hefur verið norðlæg í 500 hPa-fletinum. Allmargir dagar með raunverulega vestanátt eru hins vegar í flokki 1 í vestanáttarsætinu þótt vindátt sé af austri í meginhlutanum.

Hér er rétt að ítreka að samtals eru í öllum flokkum sem byrja á 1 (þ.e. 1xx) þriðjungur daga þess tímabils sem með er í athuguninni.

Reikningur Hovmöllerþáttanna

Lítum nú á eitt háloftakort af svæði í kringum Ísland.

Jafnhæðarlínur 500 hPa-flatarins eru heildregnar [litir sýna þykkt - og eru flokkuninni óviðkomandi]. Hæð flatarins er lesin af kortunum í punktum sem hér eru merktir p1 til p9, við fimmta hvern breiddarbaug og tíunda hvern lengdarbaug í kringum Ísland. Hæðareiningin er dekametrar (dam = 10 metrar). Í punktinum p5, [65°N, 20°V] er 500 hPa-flöturinn hér í 511 dekametra hæð.

Á kortinu má sjá að sunnan- og suðvestanátt ríkir yfir landinu. Vindur blæs samsíða jafnhæðarlínunum og er því meiri eftir því sem línurnar eru þéttari. Hovmöller býr til mælitölur sem sýna vindátt, styrk og stefnu. 

Mál fyrir styrk vestanáttarinnar fæst með því að leggja saman hæðirnar í p7, p8 og p9 og draga samanlagða hæð í p1, p2 og p3 síðan frá. Vestanátt verður jákvæð. Styrkur sunnanáttarinnar fæst þá á sama hátt:

(p3 + p6 + p9) – (p1 + p4 + p7)

Sunnanátt er jákvæð. Mælieiningarnar köllum við H-einingar, eftir Hovmöller. Þennan dag (2.maí 2018, kl.12 - greining evrópureiknimiðstöðvarinnar) var styrkur vestanáttarinnar, skammstafaður „A“ = 30 H, en styrkur sunnanáttarinnar, „B“ = 22 H og hæðin yfir miðju Íslandi (p5) var 511 dam. Mánuður er maí. Sé flett upp í töflu þar sem flokkamörk þáttanna í einstökum mánuðum eru listuð má sjá að þessar tölur gefa flokkinn 336 (sterk vestanátt, sterk sunnanátt og lágur 500 hPa-flötur).

Vinna Hovmöllers

Árið 1978 til 1979 var mikil vinna lögð í að lesa hæðir 500 hPa-flatarins í Hovmöllerpunktunum út úr útgefnum veðurkortum. Til þess var notað kortasafnið Täglicher Wetterbericht á árunum 1958 til 1977. Því næst voru flokkamörk reiknuð og dögum skipað í flokka. Meðalveður flokkanna 27 á 23 veðurstöðvum um land allt var reiknað og niðurstöður færðar á átta mismunandi kort fyrir hvern veðurflokk hvers mánaðar. Í upphafi voru sumarmánuðirnir júní, júlí og ágúst óflokkaðir en því verki lokið um 2 árum síðar.

Hovmöller skrifaði ítarlega veðurlýsingu fyrir flokkana og skýrði einkenni þeirra. Allur texti hans frá 1979 fylgir hér í viðhengi(pdf-snið). Er hann hin fróðlegasta lesning. Strax kom í ljós að veður flokkanna greindist vel að í raunveruleikanum.

Notkun flokkunarinnar við veðurspár

Þegar Hovmöller kom hingað til lands 1979 komu hér í hús amerískar 5 daga sjávarmálsþrýstings- og 500 hPa hæðarspár, fimm daga handteiknuð sjávarmálsveðurspá kom frá bresku veðurstofunni og þaðan kom einnig 24-stunda 500 hPa og þykktarspá reiknuð í líkani. Allar þessar spár bárust á (óskýrum) faxkortum. Auk þess komu hingað svokallaðir „punktar“, listi 500 hPa hæðar- og sjávarmálsþrýstigilda sem þurfti að handrita á veðurkort og draga. Spár þessar náðu 24 og 48 stundir fram í tímann. Allar spárnar bárust tvisvar á dag. Breska sjávarmálsspáin þó fjórum sinnum á dag sólarhring fram í tímann ásamt greiningu.

Fljótlega var ráðist í að reyna hovmöllerkerfið á þessar spár. Fyrst þurfti að athuga hvort spárnar væru nothæfar og að því loknu varð að finna spánum heppilegt form til notkunar.

Veikleikar spáaðferðarinnar voru einkum tveir.

i) Möguleikar á veðri eru mun fleiri en 27 í hverjum mánuði og reyndist dreifing bæði úrkomu og hita í hverjum flokki vera mikil. Þótt tölvuspárnar hittu á réttan hovmöllerflokk er veðrið oft ódæmigert fyrir flokkinn. Hins vegar stefna meðaltöl nokkurra daga sama flokks fljótt í eindregna átt. En suð reyndist mjög mikið.

ii) Tölvuspárnar eru rangar.

Prófun á spánum varð því að vera tvíþætt. Annar vegar var athugað hvernig hita og úrkomu var spáð í Reykjavík og á Akureyri með því að nota flokka tölvuspárinnar en hins vegar var athugað hvernig tölvuspánum gekk að spá réttum flokki.

Strax kom í ljós að spá um hita með því að nota kortameðaltölin beint reyndist lítið betri heldur en sístöðuspá (persistens). Þá var reynt að spá hitabreytingum næstu 2 til 4 sólarhringa þannig að gengið var út frá meðalhita fyrsta dags („dagsins í dag“) og síðan spáð hlýnandi, kólnandi eða svipuðum hita. Miðað var við að ef hiti átti að vera meir en 2 stigum hærri þegar spáin gilti heldur en „nú“ var spáð hlýnandi, kólnandi var spáð á sama hátt.

Þetta gekk allvel fyrir Reykjavík, spárnar fyrir dagana þrjá reyndust „réttar“ í um það bil 2 tilvikum af 3 meðan sístöðuspá var rétt í um 40% tilvika miðað við tveggja sólarhringa spá. Þetta gekk líka vel fyrir Akureyri, en þar var sístöðuspá rétt í um 30% tilvika. Álíka gekk með 3 og 4 sólarhringa.

Frekari prófanir verða ekki raktar hér en hovmölleraðferðin hefur trúlega gert 3 til 4 daga veðurspár mögulegar á árunum upp úr 1980. Haustið 1982 varð bylting í veðurspám í hér á landi og víðar þegar spár evrópureiknimiðstöðvarinnar urðu aðgengilegar og bæði breska og síðan bandaríska veðurstofan bættu líkön sín umtalsvert.

Hér var um hríð fylgst með flokkahittni bandarísku spánna og spáa reiknimiðstöðvarinnar. Fljótlega kom í ljós að sú síðarnefnda hafði um eins dags forskot á gæði 4 og 5 daga spáa umfram hina. Sömuleiðis kom í ljós að hittni reiknimiðstöðvarinnar tók árlegum framförum og gæðin fóru fljótlega fram úr tölfræðilegum spám á við hovmölleraðferðina sem þar með varð fljótt úrelt [sem 3 til 5 daga spá] og hvarf alveg úr notkun eftir miðjan níunda áratuginn. Um það leyti var einnig farið að reyna að spá hita út frá þykktarspám og gaf sú aðferð almennt betri árangur heldur en spár sem notuðu hovmöllerkortin beint.

Önnur notkun hovmöllergreiningar

Þrátt fyrir að greiningaraðferð Hovmöllers hafi fljótt orðið úrelt [miðað við upphaflega ætlaða notkun] er hún mjög gagnleg sem mælikvarði á breytileika veðurs og veðurfars, jafnvel til lengri tíma. Þetta á frekar við um mæliþættina þrjá heldur en flokkunina. Um 1990 var farið að „endurgreina“ veður aftur í tímann með tölvureikningum. Fram að því hafði öll greining á eldra veðri byggst á notkun handteiknaðra korta eða þá mjög frumstæðum tölvugreiningum.

Verkefni voru sett í gang beggja vegna Atlantshafs, fyrst svokallað necp-verkefni sem endurgreindi veður áranna frá 1958 (alþjóðajarðeðlisfræðiárið). Niðurstöður voru formlega birtar árið 1996 í grein í fréttariti ameríska veðurfræðifélagsins (Kalnay og félagar). Reiknimiðstöð evrópuveðurstofa tók einnig til við endurgreiningar, sú fyrsta tók til 15 ára (ERA15), en síðan var farið aftur til 1958 og veður áranna fram til 2002 greint á nákvæmari hátt en í ncep-verkefninu undir verkefnisheitinu ERA40.

Gögn úr ncep-greiningunni bárust hingað til lands 1998 í tengslum við fjölþjóðleg rannsóknarverkefni sem evrópusambandið styrkti. Þá var hovmöllerflokkunin endurtekin og lauslega borin saman við fyrri flokkun. Í heild breyttust flokkamörk lítið og erfitt reyndist að tengja veðurfarsbreytingar áranna 40 beint við flokkana, ef til vill eru þeir of margir.

Hins vegar kom hið breytilega veðurfar mjög vel fram í hovmöllermælitölunum sjálfum og gat breytileiki þeirra „skýrt“ út stóran þátt veðursveiflna þessa tímabils. Eftirliti með hovmöllertölunum og þáttarúmi þeirra hefur verið haldið áfram síðan og hefur ritstjóri hungurdiska flutt nokkur erindi um það eftirlit á þingum Veðurfræðifélagsins á undanförnum árum.

Tilraunir hafa verið gerðar með að nota afbrigði af aðferð Hovmöllers við túlkun tveggja til þriggja vikna veðurspáa og lofa þær góðu. 

Nokkur grein er gerð fyrir vinnu á þessu sviði í greinargerðinni Regional Climate and Simple Circulation Parameters sem út fyrst 1993 og í annarri prentun 1997. Síðari prentunin er aðgengileg á vef Veðurstofunnar:

http://www.vedur.is/media/vedurstofan/utgafa/greinargerdir/1997/RegionalClimate.pdf

Þar er meðal annars gerð grein fyrir samskonar þáttagreiningu fyrir 1000 hPa-flötinn og 500/1000 hPa-þykktarflötinn yfir Íslandi, auk greiningu ársþátta yfir Grænlandi, Suður-Noregi, Svalbarða og Finnlandi.

Þekktasta grein Hovmöllers:

Hovmöller, E. (1949), The Trough-and-Ridge diagram. Tellus, 1: 62–66. doi: 10.1111/j.2153-3490.1949.tb01260.x

Skrár tengdar þessari bloggfærslu:

• flokkalýsingar hovmöllers - pdf