Весной так хочется, чтобы теплые дни наступили скорее. Узнать погоду на завтра, на неделю и даже на целый сезон сейчас можно из Интернета, телевизора, радио. Но прогнозы обычно разные. Кому верить, и реально ли понятие «точный прогноз погоды»? На эти вопросы ответил доктор географических наук, профессор кафедры климатологии и мониторинга окружающей среды Игорь Николаевич Русин.

Сначала определим, что такое «прогноз погоды». Для обычных граждан — это сообщения о том, какие будут температура и осадки в месте их нахождения. Такие сообщения доводят до потребителей средства массовой информации. Но составляет их специалист-синоптик. Для профессионала-прогнозиста прогноз погоды — это состояние метеорологических характеристик по обслуживаемой им области, зависящее от происходящего синоптического процесса. А область обслуживания не мала. Например, зоной ответственности Северо-Западного УГМС является весь Северо-Запад России (http://www.meteo.nw.ru/articles/index.php?id=6). И хотя в каждом крупном городе (например, Новгороде) имеются специалисты, обслуживающие данный район, все же синоптический процесс, формирующий погоду на всем Северо-Западе обычно един. Именно этот процесс более всего интересует синоптика. Он определит характер погоды над всей территорией. А описывается он, прежде всего, барическими полями (расположением областей пониженного или повышенного атмосферного давления, характером и темпом его изменения). Так что для специалиста прогноз погоды — это, в основном, прогноз эволюции барических полей.

Именно из-за такого «расхождения точек зрения» качество современных прогнозов погоды прогнозисты и потребители оценивают по-разному. Прогноз барических полей в настоящее время имеет, по оценкам профессионалов,  очень высокое качество на срок до 72 часов (то есть до трех суток). Это качество постепенно ухудшается  при прогнозах за 5-7 суток. В то же время, прогноз температуры воздуха в пункте дается с высоким качеством только на 48 часов. А прогноз осадков оправдывается в основном только качественно (будут/не будут). Дело в том, что на эти метеорологические характеристики (особенно на осадки) очень сильно влияют местные особенности рельефа и ландшафтов. Учет местных условий в прогнозе пока не очень точен, но в ближайшем будущем положение улучшится и качество прогнозов температуры и осадков на двое суток и неделю в каждом населенном пункте территории обслуживания будет расти.

Какие существуют источники прогнозов погоды?

Для создания прогнозов погоды используют разнообразнейшие источники: наземные (надводные) метеорологические наблюдения на автоматических станциях (буях) и на метеостанциях, обслуживаемых людьми; стартующие с поверхности земли (судна) радиозонды — воздушные шары, оснащенные регистрирующей аппаратурой и передатчиками; наземные станции зондирования лазером или радиолокаторами; летающие лаборатории и корабли погоды с метеорологической аппаратурой; специализированные спутники, передающие на наземные станции слежения изображения в видимом диапазоне (фотографии) и инфракрасных диапазонах длин электромагнитных волн.

Все эти измерения непрерывно собирают региональные центры, рассредоточенные по всему миру (они имеются во всех крупных  государствах или регионах со слабо развитыми государствами). Эти данные подвергаются контролю, сначала только автоматическому, а после, в сложно диагносцируемых случаях, и экспертному контролю специалистов. Этот этап обработки данных можно назвать объективным анализом в системе человек-машина. На основании такого анализа строятся различные карты погоды, с помощью которых ЧЕЛОВЕК (специалист-синоптик) принимает решение о прогнозе погоды.

Какие прогнозы погоды наиболее точны?

Наиболее точные прогнозы погоды — те, которые дает человек, готовый нести ответственность за свои слова. Таким был, например, первый в мировой практике синоптик адмирал Джон Фицрой.

Ответственность за прогнозы в регионе, в котором мы живем, несет государственная метеорологическая служба региона. (Обычно телевидение с ней заключает коммерческий договор на обслуживание, и на телеэкранах появляются девушки, которые пересказывают данный им текст). Именно ответственность прогнозиста делает сообщение о погоде прогнозом. В этом смысле прогнозистом является даже не сам синоптик, который создает прогноз, а руководитель учреждения, которое получает финансирование за эту работу и несет за нее юридическую ответственность. (С этой точки зрения уместно критически смотреть и на распространенные в настоящее время заявления о грядущих климатических катастрофах.)

Нужно правильно понимать роль и место компьютерных моделей в прогнозировании погоды. Расчеты по моделям позволяют получить картину будущих синоптических процессов в соответствии с законами физики. Это важная основа для принятия человеком решения о будущей погоде. Но только основа. Окончательное решение, которое доводится до потребителя, принимает только человек. Это легко обосновать, сравнив деятельность синоптика с работой современного врача. Компьютерные расчеты помогают точнее понять состояние больного, но я не думаю, чтобы какой-нибудь больной согласился принять рекомендации компьютера. Лечение назначит врач и только он должен нести ответственность за свое решение. Профессиональный прогнозист — это лицо, берущее на себя ответственность  перед обществом за свое мнение о будущей погоде. Компьютерные модели только помогают в подготовке. Несколько лет назад в нашем прогностическом центре СЗ УГМС наиболее надежными считались немецкие прогнозы. А в настоящее время предпочтение отдается картам, полученным по американской прогностической модели Global Forecast System (GFS), а также по английской — Unified Mode. Широко используют результаты прогнозов по европейской региональной модели высокого разрешения HIRLAM. Но все УГМС РФ стараются иметь собственные численные прогнозы, учитывающие географические особенности района обслуживания. Это в основном делается на базе американской прогностической программы, которая называется WRF. Синоптики внимательно следят за эволюцией качества таких программ и выбирают наиболее подходящую модель самостоятельно. Так что, читая в интернете прогнозы погоды на сайте, например, http://www.metoffice.gov.uk/, вы будете получать информацию, составленную синоптиками Великобритании на базе модели URMET. А на сайте http://www.mfi.fr/en/product-outputs.php вы получите информацию метеорологической службы Франции, полученную на базе компьютерной технологии Meteo Factory. И на том и на другом сайте вы сможете найти прогноз погоды по Санкт-Петербургу. Уверены ли вы, что они лучше, чем прогноз, составленный синоптиками нашего города? Я совершенно уверен, что наш будет лучше. Просто потому, что наши специалисты более точно знают особенности нашего региона.

Долгосрочные прогнозы погоды пока неэффективны

Прогнозы выпускаются и на месяц и на сезон. Но это прогнозы по большим территориям. Они слабо детализированы и обычно содержат сообщения о возможных отклонениях температуры и осадков от нормы в ту или другую сторону по сравнительно большим регионам (вроде Ленинградской или Московской областей). Это значит, что гидрометеорологические центры РФ выдают своим потребителям прогнозы типа «выпадет осадков больше нормы». Эти прогнозы бесполезны для обывателя, так как  относятся не к его дому, а к региону, в  котором он живет.  Но администрация регионов и организации, работающие на больших площадях, принимают во внимание эти прогнозы и оплачивают их. Прогнозов на месяц и сезон, равных по точности и детальности современным прогнозам на 24-48 часов, нет и не будет.

Тем не менее, не всё так прискорбно. Я согласен со Станиславом Лемом, который в своей «Сумме технологии» написал: «Погодой, вероятно, будет легче управлять, чем ее предсказывать». Поживем и увидим новые чудеса. Когда я окончил вуз, официальная успешность прогнозов на 36 часов была такой же, какой сейчас является успешность прогнозов аномалий температуры на месяц.

Что же лишает нас надежд на точный и детальный долгосрочный прогноз?

Эффект бабочки

В далекие 60-е годы прошлого моего века академик Андрей Николаевич Колмогоров высказался примерно так: «Представим себе две одинаковые планеты с совершенно идентичными состояниями атмосферы. Если на одной из них выйти на крыльцо и махнуть платком, а на другой этого не сделать, то через какое-то время погода на этих планетах станет совершенно различной». А до этого голландец Эдвард Лоренц показал на примере, что существуют такие механические системы, поведение которых точно описывается математической моделью, но малейшие отклонения в задании начального состояния приведут к непредсказуемому поведению системы. (Для подробностей http://www.chaos-math.org/ru/chaos-vii).

Узел, свитый из одной нити, помогает понять значение ошибок в начальных услових. Если в какой-либо точке немного ошибиться в выборе нити, то следуя по выбранной, попадешь совсем в другую часть клубка.

Интересно, что система Лоренца имеет свой «климат»:  ее хаотическое движение происходит лишь около нескольких точек равновесия, перескакивая от одного к другому. Траектории системы группируются в области, похожие на бабочку (отсюда  и название эффекта).

Но какое это отношение  имеет к прогнозу погоды? А вот какое. Начальные данные для любого прогноза имеют погрешности (от ошибок округления, до грубых ляпов наблюдателей, которые исправляют на стадии анализа, но никогда не до истинных  значений). Если вести прогноз от таких ошибочных данных, то он, как в модели Лоренца, некоторое время будет похож на реальность, а потом уйдет от нее к другому правдоподобному для системы состоянию динамического равновесия, то есть к другому «климату». Вот этот период близости прогнозируемого хода эволюции системы  к реальному и называется периодом предсказуемости. Доказано, что период  предсказуемости для существующих  моделей атмосферы и уровня точности начальных данных не превысит двух недель. Фактически современные модели «не тянут» высококачественный прогноз более чем на неделю. Но такую «непредсказуемость» атмосферных процессов нужно понимать правильно. Да, невозможно точно и во всех деталях предсказать карту будущей погоды на срок более двух недель. Но, вероятно, существуют какие-то важные свойства атмосферы, которые имеют более долгую память. Вот их и ищет современная наука о долгосрочном прогнозе  погоды.

При этом есть места (например, горные местности), где местные особенности рельефа приводят к сильным отклонениям расчетов по моделям от фактического движения атмосферы. Там погоду предсказать особенно трудно или почти невозможно (вспомните прошлогоднее наводнение в Крымске). Санкт-Петербург — не самое трудное место для работы прогнозиста. Хотя близость Балтики и вносит местные коррективы. А вот как будут работать следующей зимой в Сочи… Это будет очень трудное испытание для лучших синоптиков страны.

И.Н.Русин,

профессор кафедры климатологии  и мониторинга окружающей среды