Jak powstaje prognoza pogody: od pomiarów do modeli GFS, ECMWF, ICON i modeli IMGW

Prognoza pogody powstaje w superkomputerach: miliony pomiarów z satelitów, stacji, balonów i samolotów są łączone w obraz obecnego stanu atmosfery, a model numeryczny liczy na tej podstawie, jak będzie się on zmieniał w kolejnych godzinach i dniach. Najważniejsze modele globalne to europejski ECMWF (rozdzielczość około 9 km), amerykański GFS (około 13 km) i niemiecki ICON (13 km globalnie, 6,5 km nad Europą). IMGW-PIB liczy dla Polski modele regionalne o rozdzielczości od 2 do 7 km.

Jak powstaje prognoza pogody w pięciu krokach

Prognoza pogody to wynik obliczeń fizycznych, a nie zgadywania na podstawie podobnych dni z przeszłości. Współczesna prognoza numeryczna przechodzi przez kilka etapów:

1. Pomiary. Satelity, stacje naziemne, balony meteorologiczne, samoloty, statki, boje i radary mierzą stan atmosfery na całym świecie.
2. Asymilacja danych. Pomiary są sprawdzane i łączone z poprzednią prognozą w jeden spójny obraz obecnego stanu atmosfery.
3. Obliczenia modelu. Superkomputer rozwiązuje równania opisujące ruch powietrza, wymianę ciepła, parowanie i powstawanie chmur, krok po kroku w przód.
4. Prognozy zespołowe. Ten sam model liczy się wiele razy z lekko zmienionymi danymi, żeby ocenić, jak pewna jest prognoza.
5. Interpretacja. Meteorolodzy porównują modele, oceniają ryzyko groźnych zjawisk i wydają ostrzeżenia. W Polsce oficjalne ostrzeżenia meteorologiczne wydaje IMGW-PIB.

Skąd modele biorą dane

Podstawą każdej prognozy pogody są obserwacje, a większość z nich pochodzi dziś z satelitów. Według ECMWF centrum otrzymuje około 800 milionów obserwacji dziennie, a po kontroli jakości do modelu trafia około 60 milionów. Pozostałe źródła to:

• stacje naziemne: temperatura, wilgotność, ciśnienie, wiatr i opady; w Polsce IMGW-PIB publikuje co godzinę dane z około 60 stacji synoptycznych,
• radiosondy: balony, które mierzą temperaturę, wilgotność i wiatr aż do stratosfery,
• samoloty pasażerskie: automatyczne pomiary podczas lotu, startu i lądowania,
• statki i boje na morzach i oceanach,
• radary opadów, które pokazują, gdzie i jak mocno pada; jak działają, piszemy w tekście radar pogodowy: jak działa.

Satelity mierzą m.in. temperaturę i wilgotność w różnych warstwach atmosfery, a także chmury i parę wodną. O zdjęciach satelitarnych więcej w artykule pogoda satelitarna.

Asymilacja danych: zdjęcie atmosfery w chwili startu

Pomiarów jest dużo, ale są nierównomiernie rozmieszczone: gęsto nad Europą, rzadko nad oceanami. Asymilacja danych wypełnia te luki. Model bierze krótką prognozę z poprzedniego przebiegu i koryguje ją tam, gdzie pomiary pokazują coś innego. ECMWF stosuje do tego metodę zwaną 4D-Var, która uwzględnia też moment wykonania każdego pomiaru. Od jakości tego „zdjęcia startowego” zależy trafność całej prognozy.

Modele ECMWF, GFS i ICON: porównanie

Modele globalne liczą pogodę dla całej Ziemi i to one odpowiadają za prognozy na kilka do kilkunastu dni. Trzy najważniejsze w Europie to:

Według ECMWF prognozy centrum są wydawane cztery razy na dobę. GFS również jest uruchamiany cztery razy dziennie. Od lutego 2025 roku ECMWF prowadzi operacyjnie także model AIFS, oparty na uczeniu maszynowym, a od lipca 2025 roku jego wersję zespołową.

Co oznacza rozdzielczość modelu

Rozdzielczość to odległość między punktami siatki, w których model liczy pogodę. Model o rozdzielczości 9 km „widzi” atmosferę w kwadratach o boku około 9 km i wszystko, co mniejsze, musi przybliżać. Pojedyncza chmura burzowa ma kilka kilometrów średnicy, więc model globalny nie odwzoruje jej dokładnie, a jedynie przewidzi, że w danym rejonie warunki sprzyjają burzom. Także góry są w takim modelu wygładzone: Tatry wychodzą niższe niż w rzeczywistości, co wpływa na prognozę temperatury i opadów dla Zakopanego.

Modele IMGW-PIB i meteogramy

IMGW-PIB liczy dla Polski i okolic własne modele regionalne o znacznie wyższej rozdzielczości niż modele globalne. Według serwisu meteo.imgw.pl są to m.in.:

• AROME: 2 km, prognoza na 30 godzin,
• ICON: 2,5 km, na 60 godzin,
• COSMO: 2,8 km na 60 godzin oraz 7 km na 84 godziny,
• ALARO: 4 km, na 72 godziny,
• SCENE/INCA: model nowcastingowy o rozdzielczości 1 km na 8 godzin.

Modele regionalne startują z danych modeli globalnych na brzegach swojego obszaru, ale dokładniej odwzorowują ukształtowanie terenu, wybrzeże i zjawiska konwekcyjne. Dlatego na najbliższe 1–2 doby to one bywają najlepszym źródłem, np. dla burz czy opadów nad Bałtykiem.

Wyniki modeli IMGW można oglądać w serwisie meteo.imgw.pl jako mapy meteo i meteogramy. Meteogram to wykres pokazujący dla jednego miejsca, jak w kolejnych godzinach zmieniają się temperatura, opady, wiatr, ciśnienie i zachmurzenie. Podobnie działa prognoza godzinowa na stronach miast PogodaPolski, np. prognoza pogody Łódź, prognoza pogody Gdańsk czy prognoza pogody Gdynia.

Prognozy zespołowe: jak modele mierzą niepewność

Prognoza zespołowa (ensemble) to ten sam model policzony wiele razy z nieco innymi warunkami początkowymi. Każdy wariant pokazuje inny możliwy przebieg pogody. ECMWF liczy 51 wariantów: jeden kontrolny i 50 zaburzonych.

Jeśli większość wariantów pokazuje deszcz, prognoza jest pewna. Jeśli warianty się rozchodzą, niepewność jest duża. Z prognoz zespołowych wylicza się prawdopodobieństwo opadów, które widzisz w prognozie jako procent przy kropli; jak je czytać, wyjaśniamy w artykule prawdopodobieństwo opadów. Rozrzut wariantów rośnie z każdym dniem, dlatego trafność spada wraz z długością prognozy. Na ile dni można ufać prognozie, opisujemy w tekście o pogodzie długoterminowej.

Dlaczego serwisy pokazują różną prognozę pogody

Różnice między serwisami wynikają przede wszystkim z tego, że korzystają z innych modeli i różnie je obrabiają. Jeden serwis pokazuje głównie ECMWF, inny GFS albo model regionalny, jeszcze inny łączy kilka modeli i koryguje je statystycznie. Znaczenie ma też godzina przeliczenia: prognoza z rana i z wieczora mogą się różnić, bo powstały z innych pomiarów.

Nie ma jednej „najlepszej prognozy pogody” na każdą sytuację. Bardzo dokładna prognoza pogody na kilka godzin to zwykle połączenie modelu regionalnego i radaru, a na kilka dni naprzód rozsądniej patrzeć na zgodność kilku modeli. Gdy ECMWF, GFS i ICON pokazują to samo, prognoza jest pewniejsza.

Skąd pochodzi prognoza na PogodaPolski

Prognozy na stronach miast PogodaPolski pochodzą z Open-Meteo. Ten serwis dla każdej lokalizacji automatycznie łączy modele globalne ICON, GFS i ECMWF IFS z modelami regionalnymi tam, gdzie są dostępne, i dla każdej godziny wybiera model o najwyższej rozdzielczości. Mapy prognozy opadów, chmur, temperatury i wiatru na 7 dni na stronie radaru pochodzą z modelu GFS. Jak czytać wyże, niże i fronty na takich mapach, pokazujemy w artykule mapa pogody: fronty, wyże i niże, a prognozę dla stolicy znajdziesz na stronie prognoza pogody Warszawa.