Предсказания погоды стали частью нашей жизни. Мы можем узнать, идет ли дождь, не выглядывая в окно. Но метеопрогнозы часто не совпадают с действительностью. Почему даже суперкомпьютер не способен сформировать точные данные?
Сегодня в статье разберем, как от примет человечество пришло к метеоспутникам. С помощью чего метеорологи предсказывают осадки? И чего мы ждем от искусственного интеллекта.
Гадание вместо прогноза
С древних времен люди старались предсказать погоду, так как от неё зависел урожай. По дошедшим до нас древним рукописям мы знаем, что наши предки отождествляли ненастья с гневом богов, поэтому пытались задобрить их жертвоприношениями.
Первые научные труды о климатических условиях встречаются у древних греков и римлян, а также в Библии.
Племена ориентировались на суеверия и приметы. Были попытки предсказать погоду по поведению животных, по положению небесных тел, по аромату растений и пр. По сути, это было гадание, а не предвидение.
Тем не менее анализ закономерностей, передаваемый из поколения в поколение, стал первым прогнозом, который сформулировал человек.
Наука против примет
Приметы отошли на второй план, когда ученики Галилео Галилея доработали идею изобретателя и представили миру в 1643 году ртутный барометр. По уровню ртутного столба можно было точно предсказать солнечную (повышенное давление) или дождливую (пониженное давление) погоду.
Это был переломный момент в «подчинении» неизвестного. Научный прогресс объединил энтузиастов в сообщества метеорологов.
В XIX веке сформировалась единая сеть метеонаблюдений. Как она работала? В различных точках отслеживали температуру, осадки, направления ветров и давление, а затем накладывали их на карты. Синоптики соединяли линией территории с одинаковым давлением и выявляли циклоны и антициклоны.
В России подобная сеть возникла в 1733 году благодаря мореплавателю В. Берингу.
Работа норвежца Вильгельма Бьеркнеса разделила прогноз погоды на знакомые нам компоненты: температура, плотность, давление, влажность и скорость воздушных потоков.
Английский математик Льюис Фрай Ричардсон создал первую математическую модель, благодаря которой появился долгосрочный климатический сценарий.
Новаторами в данной области были и советские ученые. В 1930 году в Ленинграде впервые запустили метеорологический радиозонд, который замерил температуру воздуха на высоте 8000 метров и отправил на землю радиосигнал.
Космический этап
В 1960 г. открылась новая эра в метеопрогнозах. В Соединенных штатах Америки запустили первый метеорологический спутник TIROS-1, который фотографировал нашу планету. Благодаря его работе синоптики составляли карту облачности, что значительно увеличило точность предсказаний.
Спустя 18 лет на картах облачности появились города и размеры циклонов и антициклонов для показа прогноза погоды по телевидению.
А как сейчас предсказывают погоду?
Современный прогноз погоды строится на информации от спутников и дополняется данными от метеостанций, зондов и радаров.
На метеостанциях работники синхронно замеряют различные условия (осадки, влажность, испарение, солнечное сияние и пр) каждые 3 часа. Всего в мире более 10000 метеостанций.
Метеозонд – это наполненный гелием шар, к которому прикреплен контейнер с датчиками, батарейками и антенной. Его запускают на высоту 30-40 км в 870 точках Земли дважды в сутки.
Такие зонды одноразовые, так как на высоте шар лопается из-за избыточного давления.
Метеорологические радары определяют координаты выпадения осадков и их интенсивность. Их «специфика» - грозы, грады, зоны турбулентности.
Современные радары, делая снимок атмосферы каждые 10 минут, позволяют отразить погоду вплоть до квартала.
Эти источники создают полную картину о происходящем в атмосфере. Современные метеорологи анализируют огромное количество данных, строя метеорологические модели с помощью суперкомпьютеров.
Сегодня точность краткосрочных прогнозов составляет 95%, долгосрочных (на 5 дней вперед) – 80%, более длительных - 50 %.
Почти все страны мира имеют национальные метеослужбы: у нас – Гидрометцентр, во Франции – Метеофранс, Оффенбах в Германии и другие. Все они обмениваются данными со Всемирной метеорологической организацией, так как, к примеру, для составления недельного прогноза требуется информация о погоде на всей Земле.
Почему невозможно составить 100% прогноз?
На точность предсказания синоптиков влияет множество факторов, разберем важнейшие:
- Многие территории планеты скрыты от приборов (океаны, тропики, арктическое побережье, горы и пр.). В результате всей «картины мира» синоптики не видят.
- Атмосфера беспорядочна, и в полной мере невозможно предсказать ее поведение.
- Часть погодных явлений (туман, гололед) не может точно просчитать даже суперкомпьютер.
Ученые из Пенсильвании определили, что предел точности прогноза погоды - 15 дней вперед. На большее пока ни техника, ни люди не способны.
Что нам ждать от искусственного интеллекта?
Тренд будущего – искусственный интеллект (ИИ) отлично подходит для метеорологии. Он обучен обрабатывать огромные базы данных за короткий срок. Кроме того, ИИ способен отобрать нужные закономерности и повысить скорость и качество прогнозирования.
Недавнее исследование работы GraphCast (системы прогнозирования погоды на основе ИИ) показало, что нейросеть лучше прогнозирует экстремальные природные явления, чем суперкомпьютеры, работающие с традиционными моделями.
Если получится хорошо обучить ИИ, то его прогнозы будут влиять на маршруты кораблей и самолетов при приближающемся шторме.
Да и обычных граждан он осчастливит, если точно скажет: брать сегодня зонт или нет? Не правда ли?
📌Ставьте 👍, если было интересно и подписывайтесь на канал!
