Ругать погоду и синоптиков - это что-то вроде обязательной составляющей любой светской беседы. Странно, ведь качество прогнозов постоянно растет, а современная наука позволяет предсказывать погоду с точностью, близкой к 100% (по крайней мере, на несколько дней). Почему же тогда периодически прогнозы не сбываются и кто в этом виноват? Спросили у Натальи Куксовой, выпускницы географического факультета МГУ, занимающейся исследованиями опасных и катастрофических погодных явлений, разработчика научных программ Sciencely.
Мы живем в мире, где огромными темпами растут вычислительные мощности, развивается машинное обучение и работа с большими данными. Но при этом создается ощущение, что точность прогнозов погоды все еще остается на каком-то допотопно низком уровне. Расскажи, пожалуйста, в чем проблема?
Возможно, это прозвучит странно, но точность прогнозов погоды за последние несколько десятков лет существенно выросла. Однако людям свойственно замечать именно ошибки синоптиков, в то время как на точный прогноз никто не обращает внимания. Поэтому и кажется, что прогнозы все время врут. Но что такое прогноз погоды?
Важно разделять понятия погоды и климата. Климат - это средние многолетние устоявшиеся значения, например, средняя температура в Москве в августе: +18 градусов. Лето теплое, а зима холодная – это тоже климат. А когда мы говорим, что 22 декабря в 15:00 в Москве будет минус 15,3 градуса – это погода, то есть конкретные значения в конкретное время. Соответственно, отличаются и прогнозы погоды и климата.
Как рождаются погодные прогнозы? Весь мир покрыт сетью метеостанций – всего их больше 10 тысяч. Плюс еще есть метеозонды в атмосфере, спутники в космосе, метеобуи в океане и т.д. Каждые три часа в одно и то же время они измеряют метеопараметры (температуру, влажность, скорость ветра и пр.). Все это – гигантский объем данных, на основе которых и делается прогноз на будущее.
Вот вам первый источник ошибок – эти измерения далеко не всегда идеальны. Например, у термометра обычно погрешность – 0,1 градуса. Казалось бы, это очень малая величина, но когда мы рассматриваем сумму ошибок со многих метеостанций и высот за долгое время, они накапливаются и приводят к неточным прогнозам.
Второй источник ошибок – предел предсказуемости погоды. Он составляет около двух недель. На более отдаленный срок точно предсказать погоду практически невозможно.
Поэтому, если вы видите в интернете прогнозы на месяц или даже два, это не имеет под собой никакого научного обоснования, и можно только догадываться, на основе чего они составлены: экстраполяции данных, вычисления средних многолетних значений или предсказаний шаманов.
Почему именно 2 недели? Думаю, вы знаете про “эффект бабочки”. По-научному это называется Аттрактор Лоренца – когда малые колебания системы на больших промежутках времени выливаются в большие отклонения. И чем больше времени проходит, тем сложнее эти отклонения предсказать.
Но, тем не менее, на 2 недели синоптики в состоянии дать точный прогноз?
Более или менее. Обычно точность прогноза на завтра – 95-98%, на послезавтра – 90-93%. И так далее – постепенно точность снижается. Но бывает и так, что даже завтрашний прогноз содержит в себе ошибки. Почему?
Представьте, что вы смотрите прогноз погоды на определенную точку местности в Подмосковье, потому что в этом месте у вас дача. Видите, что завтра будет +20 градусов, переменная облачность, без осадков. Откуда взялась эта информация? Мы уже говорили, что синоптики собирают данные с метеостанций. Далее они запускают физико-математическую модель, которая на основе этих данных и уравнений термогидродинамики вычисляет прогноз погоды. Если модель хорошая, то прогноз будет достоверным.
Однако есть две проблемы. Первая - это плотность сети метеостанций: далеко не везде она высокая, а значит, данных маловато и они будут как бы размазаны по большой территории. Второе - это нехватка мощностей суперкомпьютеров, которые обрабатывают эти данные и выдают прогноз.
Прогноз, который мы видим, например, на сайте Гидрометцентра, – это не данные для определенной точки, а размазанный прогноз на ячейку – квадрат со стороной примерно в 7 километров (это средняя цифра для Подмосковья). Но метеорологические поля очень неоднородные. Давление и температура, допустим, вряд ли резко изменятся на расстоянии 7 км, но если посмотреть на карту осадков, она постоянно меняется. А ведь есть еще местные климатические особенности, например городские острова тепла (в городе всегда теплее, чем за его пределами, особенно зимой), особенности рельефа. Понятно, что в такой крупной ячейке со стороной в 7 км осадки могут в одном месте пройти, а в другом нет.
Идем дальше. Никто не отменял опасные погодные явления. Глобальное потепление – это не только сокращение численности белых медведей в Арктике, но и рост вероятности опасных погодных явлений, изменение их структуры и поведения. Такие процессы прогнозировать очень сложно.
Есть ли какой-то предел точности модели? Какую вообще роль выполняет человек?
Даже самая лучшая на сегодняшний день модель имеет целый ряд недостатков. Не буду объяснить весь механизм работы такой сложной системы, как физико-математическая метеорологическая модель. Приведу лишь такой пример. Если модели не хватает данных (а в сетке со стороной ячейки в 7-10 км ей не хватает данных всегда!), она начинает их экстраполировать на те участки, где существуют пробелы. Именно поэтому модели не способны точно фиксировать атмосферные фронты. Другими словами, фронты обычно рисуют люди.
В идеальной ситуации любой прогноз, который нарисовала модель, должен проверять человек, который на основе своего опыта корректирует прогноз. Это обязательно происходит в аэропортах, в крупных городах, а также при прогнозе опасных и катастрофических погодных явлений. Но если такой коррекции не происходит (или у синоптика мало опыта), то вполне может случиться, что прогноз не сбудется.
Достаточно атмосферному фронту сместиться на пару десятков километров от “прогнозного” значения – и вместо обещанных +20 градусов вы получите +12, дождь и испорченное настроение из-за нарушенных планов собраться на пикник на свежем воздухе.
Почему метеорологи иногда предсказывают погоду на несколько месяцев вперед и даже говорят, какие будут лето или зима?
Самый сложный период для прогнозов – от 2 недель до нескольких месяцев. Тут вообще сложно понять, что происходит с атмосферой. Но, начиная с одного месяца, мы рассчитываем так называемый долгосрочный (или сезонный) прогноз. Он основан на учете различных циклов, характерных не только для климатической системы, но и в целом для всей планеты. Например, учитывается действие Эль-Ниньо – климатического колебания в Тихом океане с периодом около 2-4 лет, которое влияет и на другие регионы Земли. В целом, учитываются все возможные циклы – биологические, космические и т.д.
В России есть несколько сервисов прогнозов погоды. Откуда они берут информацию?
В нашей стране есть только одна организация, которое официально может собирать данные с метеостанций в регионах – это Росгидромет. Его подразделения самостоятельно обрабатывают эти данные и дают прогноз погоды.
Но, кроме того, Росгидромет отправляет данные во Всемирную метеорологическую организацию, а также предоставляет их другим компаниям, которые затем могут использовать свои (или чужие) модели для обработки этих данных и предсказания погоды.
Посоветуй, как правильно читать прогнозы и каким сервисам ты лично доверяешь больше всего?
Единственный, кто официально несет ответственность за качество прогноза – это Гидрометцентр (сайт meteoinfo.ru). Все машинные прогнозы обязательно дополнительно корректируются синоптиком, поэтому можно ожидать относительно высокую точность прогнозов. Также, мои личные фавориты – это Яндекс и RP5.
Загляните также на windy.com – это красивая интерактивная карта температуры, осадков, скорости ветра, облачности и других параметров, которые постоянно обновляются. Есть также карта текущей погоды для Москвы и области, созданная нашими учеными – она прекрасно иллюстрирует то, как резко могут меняться метеопараметры в крупном городе по сравнению с пригородом.
Если вы путешествуете и хотите посмотреть прогноз погоды в другой стране, лучше это сделать на сайте местной метеослужбы – обычно они используют локальные модели, которые могут обсчитывать более подробные “местные” данные (глобальные модели оперируют куда менее подробными сводками).
Когда вы планируете что-то важное на природе, смотрите прогноз и принимайте решение как можно ближе к событию (лучше всего за три дня или позднее) и во второй половине дня. Помните, что прогноз на день и ночь, если он не почасовой, – это минимальная и максимальная ожидаемая температура воздуха. А минимальной она бывает чаще всего прямо перед рассветом. Поэтому если выходите с утра на работу затемно, ориентируйтесь именно на ночные температуры.
______________________________
Sciencely — это образовательные программы для детей 7-16 лет в онлайне и офлайне, а также наборы для научных экспериментов. Мы, выпускники естественнонаучных факультетов МГУ и молодые врачи, делаем непонятное понятным и для ребят, и для родителей. Занимайтесь и будьте с нами: https://scly.me/us
