Sběr a vyhodnocování údajů o vývoji počasí je velmi náročný a komplikovaný proces.
Klima je jeden z důležitých faktorů, které ovlivňují životní podmínky a styl společnosti, aniž bychom si to plně a vždy uvědomovali. Lidé nicméně od dávných dob vnímali střídání ročních období, případně období sucha a dešťů, a v souladu s nimi obdělávali půdu, stavěli svá obydlí nebo činili důležitá rozhodnutí. Abychom mohli co nejlépe využívat klimatické podmínky v regionu, v němž žijeme, potřebujeme mít k dispozici záznamy o průběhu počasí. Uvědomovali si to již naši předci, díky jejichž snaze a pokrokovému myšlení máme dnes na území České republiky více než 150 časových řad úhrnu srážek a 22 řad průměrné teploty vzduchu, které jsou více než stoleté. Přestože se v těchto řadách objevují výpadky nebo nehomogenity, jsou pro nás cenné při studiu změn klimatu.
První přístrojová měření v Čechách a na Moravě se provádějí od první poloviny 18. století. Nejdelší souvislá řada měření teploty vzduchu na pražském Klementinu se datuje od roku 1775, ale měření zde začala již v roce 1752. Přestože se v průběhu staletí měnil způsob měření teploty vzduchu i objemu srážek a hodnoty ovlivňuje zesilující se efekt městského tepelného ostrova, je klementinská řada velmi cenná z hlediska studia kolísání klimatu. I proto se ČHMÚ snaží zachovat měření klasickým teploměrem v původním krytu společně s měřením automatizovaným systémem.
Průběh průměrné roční teploty vzduchu na stanici Praha, Klementinum (°C)
Jak získáváme data v současnosti
V současné době Český hydrometeorologický ústav (ČHMÚ) zajišťuje provoz celkem více než 700 meteorologických, klimatologických a srážkoměrných stanic. Základ staniční sítě tvoří profesionální meteorologické stanice, které mají nejširší pozorovací program a obsluhují je zaměstnanci ČHMÚ. Druhou, početně větší skupinu představují stanice označované jako dobrovolnické, které zpravidla obsluhují dobrovolní spolupracovníci ČHMÚ. Tyto stanice se dělí na základní klimatologické stanice a stanice srážkoměrné, na nichž se měří pouze srážkové charakteristiky. Z důvodu vyšší prostorové proměnlivosti srážek je síť srážkoměrných stanic hustší.
Nejzásadnější změnou od druhé poloviny devadesátých let, která se projevila v kvalitě a dostupnosti měřených dat, je přechod na automatizované měřicí systémy. Automatizace byla dokončena u více než 200 meteorologických a klimatologických stanic a 180 srážkoměrných stanic a nahrazování klasického měření srážek automatem dále pokračuje u zbývajících srážkoměrných stanic. Díky automatizaci dnes máme data základních klimatologických charakteristik měřená v desetiminutovém intervalu. V klimatologické databázi jsou dostupná do 15 minut od naměření.
Přechod na automatizované měřicí systémy s sebou přinesl i změny v umístění měřicích čidel. Zatímco klasické teploměry a vlhkoměry byly stíněné meteorologickou budkou, čidla pro měření teploty a vlhkosti vzduchu jsou umístěna na meteorologickém stožáru v radiačním štítu. Klasické srážkoměry, tj. plechová válcová nádoba a cejchovaná odměrka, se postupně nahrazují elektronickými srážkoměry, které zaznamenávají množství srážek pomocí váhových senzorů nebo překlápěcími člunky, případně kombinací obou principů. Elektronická čidla nahradila klasické měřicí přístroje také v případě měření tlaku vzduchu, délky trvání slunečního svitu, rychlosti a směru větru, výparu z volné vodní hladiny i teploty půdy. Do provozu, zatím v omezeném počtu, jsou uváděna ultrasonická a laserová čidla pro měření výšky sněhové pokrývky.
Měření a správa dat
U automatizovaných měřicích systémů probíhá měření základních meteorologických prvků v intervalu 10 minut. Denně tak do klimatologické databáze proudí více než 4 miliony záznamů o teplotě, tlaku a vlhkosti vzduchu, směru a rychlosti větru, délce trvání slunečního svitu, úhrnu srážek, výšce sněhové pokrývky a dalších veličinách.
Kromě online přenosů dat z automatizovaných měření jsou po skončení kalendářního měsíce pořízena nebo importována data z manuálních srážkoměrných stanic a data napozorovaných meteorologických jevů. Za zmínku stojí také skutečnost, že do databáze se postupně doplňují digitalizovaná data z historických záznamů měření meteorologických prvků, která byla dříve zapisována ručně do papírových výkazů.
Pro udržení kvality procházejí naměřená data několika stupni kontroly. Již při vstupu do databáze jsou nastaveny limity hodnot pro jednotlivé veličiny, při jejichž překročení se údaje vyřadí k posouzení odborníkem. V dalším kroku probíhá kontrola dat měřených prvků na jedné stanici. V rámci této kontroly jsou nastaveny algoritmy s ohledem na termínové změny prvků, opakující se hodnoty a vztahy mezi jednotlivými prvky. Dále následuje plošná kontrola, při níž se porovnávají hodnoty prvků mezi jednotlivými stanicemi.
Celý systém kontroly dat prošel v posledních letech velkými změnami. Chyby, které se vyskytují při měření automatickým systémem, mají jiný charakter než chyby, které vznikaly při měření lidskou obsluhou. Některé problémy vedoucí k chybnému měření lze odhalit až po určitém čase (např. posun teplotního čidla v radiačním krytu, v jehož důsledku vzniká systematická chyba). Vůbec nejnáročnějším prvkem na měření i na opravu zaznamenaných údajů jsou atmosférické srážky. Vzhledem k jejich značné prostorové proměnlivosti se při kontrole využívají také informace z radarových měření.
Kromě samotných měřených dat se pro další zpracování datových řad v databázi uchovávají tzv. metadata, tedy podrobné informace o poloze stanice, času měření, použitých přístrojích (čidlech). Tyto údaje jsou důležité při zpracování časových řad naměřených hodnot.
Otevírání dat
Naměřená a napozorovaná data a z nich odvozené charakteristiky jsou vstupem pro meteorologické předpovědní modely, pro hodnocení klimatu a modelování jeho změn a využívají se v technické praxi. V roce 2020 byla většina historických klimatologických dat (denní, měsíční a roční) za období od roku 1961 do současnosti zpřístupněna veřejnosti a jsou bezplatně k dispozici na webové stránce ČHMÚ (http://portal.chmi.cz/). Lze očekávat, že na základě připravovaného zákona o hydrometeorologické službě budou v blízké budoucnosti volně dostupná jak všechna měřená meteorologická data, tak i výstupy z modelů.
Přechod na tzv. open data je vítán odbornou i laickou veřejností a obvykle se zdůrazňují s tím související pozitiva. Je ovšem poctivé nezapomínat ani na druhou stranu mince. Úspory finančních prostředků odběratelů dat představují na straně ČHMÚ výpadek části prostředků, kterými byl financován provoz a rozvoj staniční sítě. V případě nedorovnání výpadku financí může docházet k rušení stanic, ke zhoršení kvality dat v důsledku nižší hustoty sítě, ke snížení kvality pozorovaní i k nedostatku odborných pracovníků.
Nezanedbatelným rizikem spojeným s otevřením dat je rovněž jejich analýza a interpretace výsledků bez potřebné odborné erudice. Z odborného hlediska je důležité, aby při zpracování dat byly brány v úvahu všechny informace o vzniku dat, tj. přesnost měřicích přístrojů, změny v měření a pozorování, změny v lokalitě pozorování atd. Analýzy nelze provádět bez úplné znalosti původu dat a bez kvalitní přípravy vstupů. Na druhé straně při interpretaci výstupů je důležité mít odborné znalosti také z oblasti statistiky a programování pro posouzení reálnosti výsledných hodnot. Na bedrech zadavatelů bude v budoucnu přirozeně ležet větší zodpovědnost za výběr partnera pro zpracování meteorologických a klimatologických studií.
Článek si můžete přečíst v posledním letošním vydání časopisu Statistika&My.
