Трудно уже представить свою жизнь без синоптических прогнозов, доступных в наших смартфонах и ноутбуках. Там можно найти подробную информацию о погоде за завтра и через неделю, дома, в соседнем городке, в Москве, во Владивостоке и на острове Пхукет. Да даже в Антарктиде, если интересно!
Современные прогнозы — не гадания на кофейной гуще, они основаны на научных и исследовательских данных. У россиян наибольшей популярностью пользуется сервис Яндекс Погода. Как работает эта служба, сколько людей и какая аппаратура задействованы — подробности в нашей статье.
Сбор данных
Чтобы спрогнозировать процесс формирования погоды в каждом конкретном регионе, используется ряд самых разных аппаратов, стационарных и движущихся метеообъектов, в частности:
- Стационарные метеостанции сетью покрывают всю территорию планеты, в одним странах их больше, в других меньше. Всего на Земле чуть больше 10 тысяч метеостанций, в России их 1341, а еще 3193 — небольших метеопостов. На всех таких станциях уставлена одинаковая аппаратура, у них один протокол действий и регулярно, в одно и то же время на всех снимаются определенные показания о состоянии погоды. Обслуживают такие станции 2-3 человека.
- Радиозонды ведут аэрологические наблюдения, их запускают на высоту до 15-20 км, там аппаратура снимает данные и по радио передает на метеостанцию.
- В водоемы, реки и моря запускают метеобуи, аналогично используются метеорологические океанские судна и самолеты.
- В последние несколько десятилетий немаловажную роль в составлении прогнозов играют метеоспутники. В настоящее время на орбите кружится 10 таких спутников, из них два российских — Метеор-М № 1 и Электро-Л № 1. Спутники охватывают большие территории и видят, в каких направлениях движутся воздушные массы, где будут формироваться циклоны и антициклоны, погодные аномалии.
Первичные данные о состоянии атмосферы
Специальной аппаратурой снимаются такие данные:
- температура воздуха на разной высоте;
- влажность
- атмосферное давление;
- направление и скорость ветра;
- облачность, высота и количество;
- осадки — вид и количество;
- уровень УФ-излучения.
Также к первичным погодным показателям относятся температура почвы, высота снежного и ледового покрова, продолжительность светлого времени суток, наличие таких явлений, как гроза, снежная метель, туман, дальность видимости, пыльная буря.
Обработка данных
Ранее полученные от аппаратуры или ручными измерениями данные обрабатывались сотрудниками метеостанций с применением физико-математических моделей, которые основаны на уравнениях гидро- и газодинамики. Сейчас этим всем занимается компьютер. Есть полностью автоматизированные метеостанции — там аппаратура сама снимает показатели по заданному алгоритму, передает их в компьютер, тот делает нужные расчеты и отправляет на суперкомпьютер.
Роль суперкомпьютера в том, что он объединяет все расчеты в одно целое — так создается карта погоды для больших территорий. В России их всего семь. Ученые крупных мировых стран разработали собственные алгоритмы создания прогнозов, хотя всюду используются одни и те же законы и уравнения физики.
Создание прогнозов
Проанализировав всю полученную информацию — от метеостанций, зондов, кораблей и самолетов, спутниковые снимки, суперкомпьютер составляет прогноз на ближайшие 10-15 дней с точностью до 90%. Менее точный прогноз — на месяц, совпадения могут составлять 60-70%.
Чтобы увеличить точность предсказаний, мeteo yandex использует машинное обучение по поиску и исправлению ошибок физико-математических моделей. Кроме российских измерений, учитываются также глобальные прогнозы четырёх метеослужб — европейской, из США и Канады, а на востоке — из Японии.
Для собственного расчета применяется модель Weather Research & Forecasting Model (WRF) с открытым исходным кодом. В поиске неточностей учитываются 5 текущих прогнозов, исторические данные о погоде и природные закономерности для определенной местности (высота над уровнем моря, угол положения солнца, тип поверхности и др.). После анализа всех этих данных выявляются погрешности, их исправляют и прогноз становится более точным.
Измерение осадков
Наиболее простой метод измерить количество осадков — дождя или снега, дедовский способ с вёдрами. Они стоят на всех метеостанциях, после дождя измеряют, сколько воды туда попало в миллиметрах.
Но метеостанций не так уж много, они разбросаны по огромным территориям и охватывают далеко не все места. Поэтому используются также метеорадары — они выпускают вокруг себя импульс, который отражается от стены осадков и возвращает сигнал обратно. Значение, насколько он ослаблен, переводят по формуле в миллиметры. Радар работает на расстоянии до 250 км и дает показатели каждые 10 минут.
Также карту осадков показывает спутниковая съёмка. Но метеоспутники над одним и тем же местом пролетают редко, поэтому создана сеть геоспутников, которые фотографируют местность каждые 10-15 минут.
Отслеживание молний
Определение грозы и направления, куда она движется — еще одна функция погодного сервиса. Есть три более или менее точных способов определения мест возникновения молний.
- Расчет по метеорологическим моделям, где учитывается температура на местности, наличие осадков и конвенция воздуха, что позволяет определить место появления электрических разрядов.
- Использование радаров — по их сигналу можно указать место грозы.
- Газопеленгаторы — это определенного вида, очень дорогие, радиоприемники, реагирующие на изменения в составе воздуха сразу после удара молнии.
Ощущение температуры
Это очень интересный показатель, так как каждый человек одну и ту же температуру воспринимает по-разному — одному тепло, а другому прохладно. Зависит это как от индивидуальных качеств человека, так и от таких показателей, как солнечный свет, влажность, ветер и его сила. Например, если день солнечный, то погода при 20 градусов покажется теплой, а в пасмурный день с ветром — довольно прохладной.
Кстати, современные технологии дают возможность персонализировать прогноз погоды с учетом индивидуальных особенностей человека. Исследования показали, что всех можно разбить на несколько групп по уровню теплолюбивости, мерзляковатости, морозостойкости — и делать для каждой группы уточненный прогноз.
Будущее прогнозирования погоды
Конечно, в будущем основная роль будет отведена машинному обучению. Компьютер быстро и точно может учесть все данные и произвести расчеты. Уже сегодня созданы очень мощные программы по изучению атмосферы и процессов, которые в ней происходят. Некоторые страны активно используют возможности искусственного интеллекта.
Тем не менее нельзя сбрасывать и человеческий фактор — в мире очень много метеорологов-любителей, которые простыми примитивными способами измеряют окружающую среду. Им будут давать доступ к общей системе с правом передавать свою информацию.
Кроме использования данных любительских метеостанций, главным трендом будущего синоптических прогнозов является повышение вычислительных машинных возможностей — в программу стараются включить супермощные квантовые компьютеры.
Подписывайтесь на наш канал и ставьте 👍, чтобы не пропустить другие интересные посты.
