Главная проблема, как раньше, так и сейчас, состоит в изменениях, которые с этими массами (или атмосферными фронтами) происходят после их смешения. Они меняют и температуру, и плотность, а, значит, и двигаться начинают немного иначе. В начале ХХ века считалось, что при смешении воздушных масс холодный фронт наступает на тёплый, а на их границе обычно выпадают осадки.
Название атмосферным фронтам дал норвежский ученый Якоб Бьёркнес — он писал свою работу во время Первой мировой войны. С появлением радаров и спутников стало понятно, что движение (вихревое или турбулентное) и взаимное влияние воздушных потоков настолько сложное, что никаких чётких фронтов в этом движении нет.
По сути, это бесконечное и хаотическое смешивание и закручивание воздушных струй. Тем не менее движение и модель взаимодействия этих потоков рассчитываются на суперкомпьютерах с относительно высокой точностью, и в этих расчётах учтены огромные массивы данных (BigData) — многие сотни параметров.
Но всё-таки есть множество случайных факторов, которые климатические модели не учитывают. Один из таких параметров, например, цвет поверхности земли (чёрный или белый), а попросту — убрана ли от снега дорога, то есть нагревается она или нет.
Если дорога чёрная и нагревается, пусть она шириной всего в несколько метров, над ней появляются интенсивные восходящие тёплые воздушные потоки. В расчётах этого потока нет, потому что он совсем небольшой. Но процессы в атмосфере развиваются нелинейно: маленькое движение в общем потоке может дать большой эффект, который исказит картину погоды где-то далеко. Ведь воздух, которым мы сегодня дышим, три дня назад был за тысячу километров от нас.
Разумеется, в расчёте климатических моделей никто не учитывает, почищена ли от снега дорога. Отсюда и ошибки. Просчитать, станет ли маленькое искажение большим, нельзя, как «эффект бабочки» — непредсказуемые последствия. Это выражение было впервые произнесено как раз в связи с прогнозом погоды. Американский математик Эдвард Лоренц сказал, что взмах крыльев бабочки в штате Айова может привести к сезону дождей в Индонезии.
Что такое наукастинг
Ответить на вопрос, будет ли дождь, вроде бы несложно, если мы видим с вышки метеостанции целое скопление дождевых облаков, которые двигаются в определённом направлении. Но почему-то по одной стороне реки проходит ливень, в котором плавают автомобили, а в пяти километрах от тех мест под страшные раскаты грома на землю падают всего три капли.
Те, кто живёт неподалёку от моря, наверное, замечал, что над морем дождь идёт чаще, чем над сушей. Секрет прост: море остужает плывущие к нему с суши облака, и капли, конденсируясь, собираются в более крупные, превращая облако в тучу. То есть вышло так, что тучи сгустились, остыли и пролились на подходе к берегу широкой реки, так и не успев «переплыть» на другой берег.
Как говорится, прогноз был просчитан точно, но «что-то пошло не так». А ещё учёные давно заметили, что дожди чаще идут там, где высоко над землёй на несколько километров поднимается облако мелкой пыли, например, от резиновых частиц шин скоростных шоссе. Эти частицы попадают в облака и вызывают скопление и рост капель. Получается, что люди не только изучают погоду, но во многих случаях и создают её.
Чем дальше по времени мы хотим заглянуть вперёд, тем меньше точность предсказаний. Наиболее достоверный прогноз получил название «nowcast».
Наукастинг — это сверхкраткосрочный прогноз, на 2–5 часов вперёд. Как ни странно, именно он получил самый высокий спрос в мире и является высоко востребованным коммерческим продуктом.
Планирование своего досуга всего на несколько ближайших часов оказалось очень актуальным запросом. Ехать ли на природу с семьёй, пойти ли кататься на лыжах в горы, уйти под парусом в море или лучше остаться дома — для миллионов людей все эти вопросы каждые выходные требуют гарантированно достоверного ответа.
Когда посреди замёрзшего моря в 30 км от берега кайтеру (спортсмену на горных лыжах с тяжёлым парусом) внезапно «выключают ветер», он рискует вернуться домой пешком только поздней ночью. С этой целью кайтеры, любители яхтинга и других видов спорта, связанных с ветром, пользуются специальными программными приложениями, где собрана актуальная информация с радаров, спутников и ближайших метеостанций.
Самые высокие требования к детализации и точности метеорологических прогнозов требуют спортивные соревнования — Олимпийские игры. С метеорологическим обеспечением XXII Олимпийских и XI Паралимпийских зимних игр 2014 года в Сочи был связан проект The Forecast and Research in the Olympic Sochi Testbed (FROST-2014), куда было закуплено почти столько же метеорадаров, сколько до этого было во всей стране. И последнее, пожалуй, важнейшее преимущество наукастинга — это способность очень точно прогнозировать опасные природные явления — ураганы, тайфуны, цунами, —которые сжаты во времени и пространстве и требуют оперативного оповещения.
Космическая погода
Росгидромет пользуется информацией и с отечественных восьми спутников мониторинга погоды, и с зарубежных. Ежедневные новости этого раздела публикуются на сайте. Там можно узнать про поломки на спутниках от геомагнитных бурь и про вспышки на Солнце, во время которых лучше не совершать длительные перелёты, в особенности трансатлантические (то есть над полюсами Земли), чтобы не получить большую дозу радиации.
Возмущённость магнитного поля Земли, магнитные бури, изменения солнечной активности — все эти явления называются «космическая погода». В отличие от земной погоды, предсказать космическую более менее достоверно наука не может, поскольку для неё невозможно разработать математические модели.
Достоверность прогнозов космической погоды напрямую связана с фиксацией процессов в Солнечной системе. Фактически эти прогнозы являются не предсказаниями, а описаниями происходящих явлений и их влияния на земную атмосферу и экосистемы.