Prognozy pogody w symulatorze lotów

Artykuł 2016/01

Nikt nie ma dziś czasu na tworzenie czasopisma dla wirtualnego lotnictwa. Jednak cały czas pojawiają się nowe tematy istotne dla środowiska. Dlatego zdecydowaliśmy, ze w miarę regularnie będziemy publikować na portalu artykuły poświęcone lotnictwu wirtualnemu, realnemu, recenzjom czy innym tematom. Każdego chętnego do publikacji zapraszamy. Wystarczy pomysł i chwila czasu na napisanie tekstu. Zaczynamy tekstem o prognozach pogody w naszych symulatorach.

Nie zastanawialiście się skąd Active Sky lub inne programy pogodowe mają informacje? Skąd wiedzą jaka pogoda jest na środku oceanu?

Początkowo programy pogodowe bazowały na METARach. To jednak dość zawodne źródło informacji. METAR zawiera tylko dane o lotnisku, a wyciąganie na tej podstawie wniosków o pogodzie w okolicy jest ryzykowne. Nawet jeśli przyjmiemy, ze lotnisko nie znajduje się w dolinie, co znacząco zmienia warunki, to musimy wziąć pod uwagę szereg innych czynników. Na przykład wiatr przy ziemi skręca o ok. 40 stopni w stosunku do kierunku na większych wysokościach. Ale już nad morzem skręca mniej, ok. 10 stopni. Znając ciśnienie i inne parametry na poziomie morza możemy z użyciem skomplikowanych wzorów oszacować zmiany wyżej. To jednak tylko gdybanie, bo czasem wiatr wieje po prostu w przeciwnym kierunku.

Dlatego współcześnie do prognozowania pogody używa się satelitów i sieci stacji pogodowych zbierających dane na żywo z całego świata. Dane są gromadzone dla potrzeb naukowców. Prognozy podstawowe przygotowywane są również przez naukowców, rzadziej firmy komercyjne. Dzięki temu dostęp do tych danych jest w internecie darmowy. Prognozy uaktualniane są co 6 godzin. Składają się z wielu plików z danymi liczbowymi. Każde uaktualnienie zawiera prognozy cząstkowe 3- lub 6-godzinne na najbliższe 16 dni. Stąd w wielu portalach pogodowych można oglądać prognozę 16-dniową.

Oczywiście im dalszy okres jest prognozowany, tym sprawdzalność mniejsza. Porównywałem prognozy dla tego samego przedziału czasu wykonane w odstępie kilku dni. Okazało się, że wiatr wiał w przeciwnym kierunku. Dlatego ważne, aby mieć jak najbardziej aktualną prognozę.

W planowaniu lotów wykorzystujemy jedynie podstawowe dane dotyczące wiatru, temperatury, ciśnienia. Jednak programy generujące pogodę w symulatorze biorą także pod uwagę wilgotność, zachmurzenie i inne dane. Łącznie w jednym pliku z prognozą jest ok. 400 tablic z danymi.

Na naszym portalu od niedawna funkcjonuje algorytm monitorujący pogodę i wprowadzający korekty do czasów przelotów oraz zużycia paliwa. Korzystamy z tych samych baz danych co ActiveSky, SkyVector, SimBrief. Dzięki wiedzy o temperaturze i ciśnieniu na dużych wysokościach możliwe jest przeliczanie prędkości: IAS, TAS, GS, MACH, co wspomaga zdalne monitorowanie lotów. Jednak to nie wszystko. Istnieje możliwość generowania wykresów pokazujących różne aspekty pogody na trasie. Np. takich jak ten poniższy.

Ilość danych niezbędnych do przeanalizowania dla wygenerowania prognozy pogody jest bardzo duża. Jeśli przygotujemy prognozę dla każdego przecięcia pełnych południków i równoleżników, czyli co 1 stopień, to takich punktów będzie 65150. Dla każdego z punktów trzeba dodatkowo obliczyć prognozę dla różnych wysokości - zwykle od poziomu terenu do granicy troposfery albo i wyżej. Przy siatce o gęstości 1 stopnia, odległość między punktami to aż 111km na Równiku. Dlatego lepiej zastosować gęstszą siatkę 0,5 stopnia. Tu jednak ilość danych jest 4x większa - 259 920 punktów. Dość powiedzieć, że prosta tablica w bazie danych zawierająca dane o wietrze, temperaturze i ciśnieniu zajmuje 750MB. A trzeba ją aktualizować co 3 godziny. Najdokładniejsze prognozy są generowane dla punktów co 0,25 stopnia - co ok. 28km na równiku. Taka sama baza danych dla rozdzielczości 0,25 stopnia miałaby zatem ok. 3GB. A to tylko 3 informacje.

Na koniec można się zastanowić jaka jest moc serwerów pogodowych. Generują one co 6 godzin prognozę złożoną ze 128 plików (kompletnych prognoz 3-godzinnych) dla każdej rozdzielczości (1, 0.5 i 0.25 stopnia), czyli razem 384 wielkie pliki. A to tylko jedna prognoza.

Trudno ocenić ile z tych danych jest wykorzystywane przez programy pogodowe w symulatorze. Na stronie FSXWX - darmowego programu - jest informacja, że pobiera on 65000 punktów (siatka 1 stopień), ale wykorzystuje tylko 20000. Oznacza to, że pomiędzy punktami jest ponad 100nm odległości. Inni producenci (Opus, HiFi) nie chwalą się szczegółami. Aktualnie prowadzimy badania porównawcze, które wykażą jak poszczególne programy radzą sobie z generowaniem realnej pogody. Pierwsze wnioski z tych badań są takie:

• darmowe nie znaczy złe
• dobra konfiguracja opcji to połowa sukcesu

Post Scriptum

Przez kilka tygodni obserwowałem jak funkcjonują programy pogodowe. Badałem Active Sky w wersji 2012, 2016, Next, Evolution, a także Opus czy FSXwx. Porównywałem je na bieżąco z aktualnymi danymi pogodowymi pobieranymi z serwerów pogodowych. Oto wyniki obserwacji:

• Żaden z programów nie oferuje rzeczywistej prognozy pogody. Odchylenia samego tylko wiatru bywają kosmiczne. W większości przypadków odchyłki są mniejsze niż 30 stopni. Ale tam gdzie jest mniej lotnisk nierzadko przekraczają 90 stopni.
• Niektóre programy liczą wiatr na wysokości przelotowej na podstawie danych z lotnisk, co jest nieporozumieniem i źródłem odchyleń.
• Najgorzej wypadł Opus - jego odchyłki biją na głowę wszystkie inne programy. Już lepiej latać z darmowym FSXwx.
• Każdy program, łącznie z różnymi wersjami Active Sky liczy trochę inaczej. Lecąc z różnymi programami pogodowymi będziemy mieć różną pogodę.
• Pogoda zgadza się przy lotniskach, bo dane są pobierane z serwerów Vatsim.
• Nie udało się określić jak dokładne dane pogodowe wykorzystują programy. Większość z nich stosuje optymalizację, aby minimalizować obciążenie. Dlatego zapewne pogoda w mniej uczęszczanych obszarach będzie bardziej różnić się od rzeczywistej (potwierdzone w okolicach bieguna północnego i AS2012).

Podsumowując, latając z programami pogodowymi mamy w miarę realną pogodę przy lotniskach. Cała reszta świata to do w dość znacznym stopniu wytwór algorytmów stosowanych przez producentów oprogramowania, nie zaś rzeczywista pogoda.