Как ученые предсказывают катастрофические погодные явления? Сколько стоит лишний день точного прогноза погоды? В чем плюсы глобального потепления для России? Об этом и многом другом в эфире «Время науки» на радио «Комсомольская правда» говорили:
- радиоведущая Мария Баченина;
- научный руководитель Национального центра физики и математики, академик РАН Александр Сергеев;
- и их гость, климатолог, директор Института физики атмосферы имени А.М. Обухова РАН и заведующий лабораторией климатологии Института географии РАН, академик РАН Владимир Семенов.
ПОЧЕМУ ПОГОДУ МОЖНО ПРЕДСКАЗАТЬ ТОЛЬКО НА 10 ДНЕЙ
Мария Баченина:
- Владимир Анатольевич, а правда ли, что экстремальные явления сложнее предсказывать, чем рутинный дождик?
Владимир Семенов:
- Это действительно так, потому что динамика атмосферы вещь в целом очень сложная для предсказуемости. Это стало понятно в середине прошлого века. До этого считалось, что если сделать модель получше, загрузить в нее больше данных, то можно заглядывать все дальше и дальше за горизонт событий. Но где-то в 50-х, в 60-х годах стало понятно, что существует теоретический предел предсказуемости. Как бы мы ни старались, больше, чем на десять дней, максимум на две недели, мы погоду предсказать не можем.
Александр Сергеев:
- То, о чем вы говорите это моделирование на основе уравнений. А может ли помочь искусственный интеллект (ИИ)? Я знаю, что одни из лучших результатов, которые признаны в мировой науке за 2024 год, связаны именно с тем, что ИИ стал прогнозировать погоду на значительно бОльший интервал времени.
Мария Баченина:
- А я еще вдогонку хотела детский вопрос задать. Мы видим, что климат изменился. Это значит, уравнения меняются?
Владимир Семенов:
- Сталину приписывают фразу: “Человек может менять природу, но не может менять законы природы”. У вождя народов с Петром Капицей была переписка по поводу роли науки в обществе. Так вот, уравнения, как и законы природы, остаются одни и те же, они были сформулированы фактически в конце XIX века.
А что такое искусственный интеллект? Это алгоритмы, которые заложены в компьютерные программы. Этот алгоритм известен уже лет шестьдесят и называется метод аналогов. Когда в прошлых рядах ищут аналогичные ситуации и накладывают их на будущее. Теоретически было показано, что метод аналогов работает только на определенном временном интервале и перепрыгнуть через лимит неопределенности, невозможно, потому что система неустойчива, нелинейна и открыта. Если бы была закрытая система, мы могли бы лучше посчитать, сколько туда ушло энергии. А тут система открыта, Земля свободно излучает энергию в космос.
КАЖДЫЙ ДЕНЬ ПРОГНОЗА ЭКОНОМИТ МИЛЛИАРДЫ РУБЛЕЙ
Александр Сергеев:
- А что же тогда сейчас позволяет прогнозировать на все бОльшие интервалы времени вперед? Я знаю, что мы на один день, на два дня, но продвигаемся вперед. С чем это связано?
Владимир Семенов:
- Это связано с тем, что в эпоху спутниковых наблюдений мы получаем больше данных о климатической системе. Точность прогноза действительно увеличивается очень маленькими шажками, и каждый дается с огромным трудом. В в 2015 году была опубликована статья в Nature «Тихая революция в прогнозе погоды», где показано, что прогнозы сейчас на 5 дней такие же, как 20 лет назад на 3 дня. Казалось бы, совсем чуть-чуть. Но каждый шаг дает экономике миллиарды рублей. Речь идет о предотвращение различных ущербов в сельском хозяйстве, на транспорте, в авиации и так далее.
Александр Сергеев:
- Для моделирования вы даете трехмерное описание атмосферы, как двигаются воздушные массы. В идеале нужно модельную сетку, которая накладывается на местность, сделать достаточно мелкой, чтобы точнее предсказать ситуацию в той или иной точке. Что сейчас представляет из себя эта сетка для моделирования?
Владимир Семенов:
- Естественно, с ростом мощности компьютеров сетка становилась все мельче и мельче. На заре первых атмосферных климатических моделей ячейки сетки были размером где-то три на три градуса широты-долготы, а то и на четыре.
Александр Сергеев:
- А в километрах это сколько?
Владимир Семенов:
- Где-то 300 на 400 километров.
Александр Сергеев:
- Это означает, что мы предсказываем для Москвы то же самое, что и для Твери?
Владимир Семенов:
- Да, но это было 50 лет назад. Сейчас глобальные модели дают разрешение уже около 50 километров. Это примерно масштаб Москвы. А в региональных моделях разрешение уже доходит до нескольких километров.
В КАКИХ СТРАНАХ ПРЕДСКАЗАНИЯ ПОГОДЫ САМЫЕ ТОЧНЫЕ?
Александр Сергеев:
- Мы возвращаемся к погодным аномалиям. Жара, длительный холод, ветра, которые сдувают дома. Ведь там тоже бывают достаточно большие жертвы. Я посмотрел недавно в интернете, что в этом году от жары в Европе опять погибли десятки тысяч людей. Это точно погодная аномалия. Можем ли мы предсказать такое знойное лето и помочь уменьшить это количество жертв?
Владимир Семенов:
- Можно вспомнить жару 2010 года на европейской территории. Тогда по оценкам экстремальное пекло стало причиной более 50 тысяч дополнительных смертей. Это огромная проблема, практически каждая продолжительная волна жары в средних широтах сопровождается природными пожарами и загрязнением атмосферы смогом и так далее. К сожалению, такие волны жары наиболее сложно предсказуемы, потому что они связаны с устойчивым антициклоном - а его поведение очень сложно прогнозировать.
Александр Сергеев:
- А в случае, когда речь идет не о горизонте 5-7 дней, а о сезонном предсказании - такие прогнозы возможны? Мы слушаем наших уважаемых синоптиков, и когда они озвучивают прогноз на лето, то знаем, что с вероятностью 50% лето оказывается другим.
Владимир Семенов:
- Вы затронули важную тему так называемых сезонных прогнозов за пределом горизонта 30 дней. Это развивающаяся огромная область исследований. Все научные центры пытаются в этой области продвинуться вперед. Что касается европейской территории России, то точность таких прогнозов 60-70%, это почти 50 на 50. Для сравнения оправданность гидродинамических прогнозов на 5 дней составляет 98%. Но тем не менее, в атмосфере есть потенциал предсказуемости на масштабах 30-60 дней. Но не везде. Потому что на Земле регионы кардинально отличаются потенциалом предсказуемости. Например, на морском побережье предсказуемость, выше, потому что на ситуацию влияют аномалии температуры поверхности океана.
Александр Сергеев:
- Океан более инерционен? Значит, у нас на Дальнем Востоке предсказания погоды более точные, чем здесь?
Владимир Семенов:
- У нас перенос воздушных масс идет с запада на восток, ветер дует с континента на море. Точнее всего прогноз в Западной Европе, где воздух дует с Атлантики.
Александр Сергеев:
- Я про Россию говорю.
Владимир Семенов:
- У нас в этом плане выгодно отличаются северо-западные регионы. На Дальнем Востоке, возможно, тоже есть потенциал предсказуемости. Но чем больше мы заходим внутрь континента, тем прогноз хуже. Вообще в целом на всей планете самая низкая предсказуемость у нас в Центральной Сибири. В европейской части точность повыше. Но, опять же, не такая большая, как в Великобритании, во Франции, в Испании и так далее.
Мария Баченина:
- Получается, Западная Европа – это тот регион на планете, который дирижирует погодой?
Владимир Семенов:
- Погодой у нас дирижируют океаны. Если мы говорим о России, то погодой, особенно для европейской территории страны, дирижирует Арктика. Особенно это важно в зимний период. В советское время Артику называли «кухней погоды», потому что у нас холодно или тепло в зависимости от того много ли там льда или мало. Даже небольшое уменьшение площади льда порождает огромные потоки тепла - атмосфера разогревается и все воздушные потоки начинают отклоняться от привычных значений.
АРКТИКА - КУХНЯ ПОГОДЫ
Александр Сергеев:
- Ладно, убедили: кухня погоды - это океаны и всякие процессы, связанные с океаническими течениями, Эль-Ниньо и так далее.
Владимир Семенов:
- Да. Потому что там происходит самый интенсивный теплообмен между подстилающей поверхностью и атмосферой. Суша просто не может так много тепла отдать или принять. Деятельный слой суши, который интенсивно обменивается с атмосферой теплом, где-то два метра глубиной. А у океана деятельный слой это 100-150 метров, и его теплоемкость еще больше, чем у суши. Это огромный резервуар тепла и потоки там на порядки выше, чем на суше. Поэтому, океанский лед играет роль такого модулятора, крышки кастрюли, которая регулирует эти потоки тепла.
Александр Сергеев:
- В ситуации глобального потепления одна из опасностей, которая нас ждет, это освобождение Арктики ото льда. Потому что это вызовет существенные изменения погоды?
Владимир Семенов:
- Да, это так. Опасно, не опасно - можно спорить, потому что есть и отрицательные и положительные последствия сокращения площади морских льдов. Баренцево море уже круглогодично свободно, сейчас в Карском море западная часть тоже может быть весь год свободна ото льда. Что это значит с точки зрения экономики? Ставь там платформу, бури, качай, перевози грузы на газовозах и сухогрузах хоть круглый год. Например, к концу века прогнозируется увеличение продолжительности безледной навигации по Северному морскому пути от 4 до 6 месяцев - это плюс к тому, что имеется сейчас. Это конечно плюсы. Но, конечно, есть и минусы. Усилится волнение моря, поскольку будет больше пространство открытой воды. Это проблемы для экологии, для разных видов живых существ, которые привыкли уже к такому льду. И уходящий лед, конечно, будет воздействовать, на погоду - “крышка кастрюли” будет открываться все сильнее.
Но здесь, что интересно, тоже все будет развиваться не линейно. Мы в нашем институте провели исследование и опубликовали статью в хорошем журнале, ее суть в следующем: сначала мы убираем лед, и у нас погоду формируют циклоны. Убираем лед еще сильнее, у нас возрастает значение антициклонов. А как раз антициклон под Баренцевым морем нам давал холодные зимы в начале ХХ века.
СТАНЕТ ЛИ МОСКВА МОРСКИМ КУРОРТОМ?
Александр Сергеев:
- Моделирование дает понимание того, почему размах колебаний становится больше?
Владимир Семенов:
- Конечно. Почему больше волн жары - понятно. Средняя температура увеличивается, это значит чисто математически становится больше переходов через порог экстремально высоких температур. Условно говоря, 30 градусов среднесуточной температуры, значит, около 35 градусов днем и 25 - ночью. Плюс уменьшается перепад температур между экватором и полюсом, потому что Арктика теплеет быстрее. А этот перепад определяет интенсивность зональных западных ветров. Чем меньше скорость западных ветров, тем больше вероятность формирования блокирующих антициклонов. Антициклон это область высокого давления, которая стоит на одном месте, это означает отсутствие облачности, много солнечного света - так рождается волна жары. И второй, может быть еще более важный фактор: теплая атмосфера содержит больше влаги. На каждый градус потепления атмосфера может содержать на 7% больше влаги. А влага, водяной пар – это скрытое тепло.
Александр Сергеев:
- Какую тактику должно применять человечество, реагируя на глобальное потепление?
Владимир Семенов:
- Первое - это адаптация. Зная, что нас ждет, мы можем приспособить нашу инфраструктуру, нашу экономику к грядущим изменениям. А второе, это снижение антропогенной нагрузки на природу: уменьшение выбросов, захват углекислого газа из атмосферы, геоинжиниринг.
Александр Сергеев:
- Здоровье еще надо приспособить.
Владимир Семенов:
- Да, в том числе, путем уменьшения этого воздействия. Ведь в чем проблема? Если в среднем на планете температура повысилась на полтора градуса, то в России темпы глобального потепления выше в два раза. У нас июнь сейчас такой же, как июль раньше. А через 30 лет май станет такой, как июнь 70 лет назад. А что делать-то? Москву же не перенесешь куда-то. Проблема в том, что если бы тысячу лет назад произошел скачок температуры и людям стало некомфортно, то племя снялось бы из одной пещеры и перешло в другую, в 500 километрах севернее. Сейчас население в основном живет в крупных мегаполисах, там тонкая, сложная, очень чувствительная инфраструктура. Потому что намерз лед на проводах - линии электропередач рухнули, район остался без света, без связи, самолеты не летают… Поэтому даже сравнительно небольшие изменения климата приводят к очень существенным последствия.
Как адаптироваться? Мы точно знаем, что будет больше волн жары. Уже сейчас в Москве это заметно, люди с трудом переносят знойные дни. Значит надо высаживать больше зеленых насаждений, создавать больше водоемов, возникнут локальные острова холода и горожанам гораздо легче будет переносить это пекло. Потому что мы знаем, если из Москвы выехать в Подмосковье, там градусов на 5-7 будет прохладнее, потому что почва влажная, испарение ночью интенсивное, атмосфера прозрачная, тепло уходит эффективно. И там комфортно, по крайней мере, ночью. В городе спать уже невозможно.
Мария Баченина:
- У нас в Москве скоро тропики наступят? Будем делать искусственные моря, курорты заведем…
Владимир Семенов:
- Пока у нас большинство страны живет в условиях холодового стресса. У нас, как в Испании, зимой не выйдешь в легкой куртке и не пробежишься в футболке сто метров от магазина до машины. У нас зимой минус 15, поэтому стать морским курортом Москве не суждено, но у нас будет уменьшаться холодовой стресс. Это тоже положительное последствие глобального потепления. Кстати, в северных районах зимой теплеет заметно сильнее. А в Москве установится жаркое лето, это тоже неплохо.
Комсомолка на MAXималках - читайте наши новости раньше других в канале @truekpru
Автор: Ярослав КОРОБАТОВ
Автор: Мария БАЧЕНИНА