Vremenska napoved

Napredek v začetku 20. stoletja

Pomemben vidik napovedi vremena je izračunavanje vzorca atmosferskega tlaka - lege vrhuncev in padcev ter njihovih sprememb. Sodobne raziskave so pokazale, da vzorci tlaka na ravni morja reagirajo na gibanje zgornje atmosferskih vetrov s svojimi ozkimi, hitro premikajočimi se curki in valovi, ki se širijo po zraku in prenašajo zrak skozi sebe.

Pogosta presenečenja in napake pri oceni vzorcev površinskega atmosferskega tlaka so nedvomno napovedovale napovedovalce 19. stoletja, da so za morebitne razlage iskali informacije o zgornji atmosferi. Britanski meteorolog Glaisher je v 1860-ih opravil vrsto vzponov z balonom in dosegel neverjetno višino devet kilometrov. Približno v tem času so preiskovalci na celini začeli uporabljati brezpilotne balone za snemanje barografov, termogramov in higrografov na visoke nadmorske višine. V poznih 1890-ih so meteorologi tako v Združenih državah Amerike kot v Evropi uporabljali zmaje, opremljene z instrumenti, za sondiranje ozračja do višine približno treh kilometrov. Ne glede na ta prizadevanja je znanje o zgornjem ozračju ostalo ob koncu stoletja zelo omejeno. Situacijo je poslabšala nejasnost, ki so jo ustvarile opazovanja vremenskih postaj na gorah ali vrhovih. Takšna opažanja pogosto niso pokazala pričakovanega, deloma zato, ker se je o zgornji atmosferi vedelo tako malo, deloma pa tudi zato, ker gore same vplivajo na meritve, kar daje rezultate, ki niso reprezentativni za tisto, kar bi našli v prosti atmosferi na isti nadmorski višini.

Na srečo je dovolj veliko število znanstvenikov že predstavilo ideje, ki bi vremenoslovcem omogočile tridimenzionalno razmišljanje, četudi ne bi bilo dovolj meteoroloških meritev. Henrik Mohn, prvi iz dolge vrste visoko kreativnih norveških meteorologov, Wladimir Köppen, ugledni nemški klimatolog, in Max Margules, vplivni meteorolog ruskega rodu, sta prispevala k mnenju, da mehanizmi zgornjega zraka ustvarjajo energijo neviht.

Britanski meteorolog William H. Dines je leta 1911 objavil podatke, ki so pokazali, kako zgornja atmosfera kompenzira dejstvo, da vetrovi z nizkim nivojem prenašajo zrak proti središčem z nizkim tlakom. Jedilniki so prepoznali, da je priliv blizu tal bolj ali manj uravnotežen s kroženjem navzgor in navzven. Da bi se ciklon okrepil, kar bi zahtevalo znižanje centralnega tlaka, mora odtok presegati dotok; površinski vetrovi se lahko precej zbližijo proti ciklonu, vendar zadostni odtok na višini lahko povzroči padajoči tlak v središču.

Takratni meteorologi so se zdaj zavedali, da so pomembni vertikalni krogi in pojavi v zgornjem zraku, vendar še vedno niso določili, kako bi takšno znanje lahko izboljšalo napovedovanje vremena. Nato je leta 1919 norveški meteorolog Jacob Bjerknes predstavil tisto, kar se imenuje norveški ciklonski model. Ta teorija je združila številne prejšnje ideje in povezala vzorce vetra in vremena s sistemom nizkega tlaka, ki ima razpršene fronte - ki so precej ostre meje med hladnimi in toplimi zračnimi masami. Bjerknes je opozoril na vzorce padavin / sneženja, ki so značilno povezane s frontami v ciklonih: dež ali sneg se pojavita na velikih območjih na hladni strani napredujočega toplega sprednjega polada nizkotlačnega središča. Tu so vetrovi s spodnjih zemljepisnih širin in topel zrak, ki je rahel, drsi navzgor po velikem območju hladnega zraka. Pred ciklonom se širijo široki poševni oblaki; barometri padajo, ko se nevihta približuje, padavine iz naraščajočega toplega zraka pa padajo skozi hladen zrak spodaj. Kadar se hladni zrak napne v zadnji del nevihte, vetrnice in tuši označujejo nenadno dvigovanje toplega zraka. Koncept fronte je tako osredotočil pozornost na delovanje na mejah zračne mase. Norveški ciklonski model bi lahko imenovali frontalni model, saj je ideja, da se tople zračne mase dvignejo nad hladen zrak vzdolž njihovih robov (sprednje strani), postalo glavno orodje za napovedovanje. Model ni samo poudarjal ideje, ampak je tudi pokazal, kako in kje jo uporabiti.

V poznejših delih je Bjerknes in več drugih članov tako imenovane bergenske šole meteorologije razširilo model, da bi pokazalo, da cikloni rastejo iz šibkih motenj na sprednjih straneh, prehajajo skozi reden življenjski cikel in na koncu umrejo, če jih dotok napolni. Vremenski napovedovalci še danes uporabljajo norveški ciklonski model in s tem povezan koncept življenjskega cikla.

Medtem ko sta Bjerknes in njegovi kolegi iz Bergena izpopolnjevala ciklonski model, so drugi skandinavski meteorologi dali veliko teoretične podlage za sodobno napoved vremena. Najpomembnejši med njimi sta bila Vilhelm Bjerknes, Jacobov oče in Carl-Gustaf Rossby. Njihove ideje so pomagale razumeti in natančno izračunati spremembe v obtoku ozračja in gibanje zgornjih zračnih valov, ki nadzorujejo obnašanje ciklonov.