С каким количеством стереотипов только не сталкиваются синоптики. От «определи по направлению ветра, какая погода будет завтра» и «вы только обманываете, от шаманов с бубнами пользы больше, чем от вас» до «завтра вас заменят компьютеры, прогресс не стоит на месте». Рассуждения на тему будущего современной синоптики отложим до лучших времен, а вот у неточности синоптических прогнозов есть свои определенные причины, от которых, несмотря на научно-технический прогресс и старания двигающих его метеорологов, математиков и программистов, избавиться пока не получается.

Нетология

Самая явная причина такого недоверия — несбывшийся прогноз погоды люди запоминают лучше, чем удавшийся. Последний воспринимается как что-то само собой разумеющееся, но в случае внезапного дождя в малооблачный летний день никто не убедит промокших горожан или жителей сельской местности, что синоптика на самом деле достаточно точная наука, у ошибок которой свои понятные и почти не зависящие от человека причины.

Начнем с данных, дающих пищу всему процессу прогнозирования погоды. В 1950 году при ООН была основана Всемирная метеорологическая организация (ВМО), отвечающая за наблюдение за состоянием атмосферы и океана. Относящиеся к ней метеорологические станции находятся на территории 191 страны, а за обмен данными, которые уже через 15 минут после наблюдений попадают  в сеть ВМО, отвечают различные государственные организации, для каждой страны свои. В бывших странах Советского Союза такой функцией обладают Гидрометцентры. 

Причины ошибок в прогнозах погоды

1. Типы наблюдений и порядок их проведения четко регламентированы, приборы регулярно проверяются на точность, однако уже тут закрадывается первая ошибка будущего прогноза погоды: у приборов есть свои определенные пределы точности, хотя бы потому, что шкала не может делиться бесконечно. Получается, что в сеть поступают данные уже с некоторым допуском.

2. Вторая причина — участие в измерениях и внесении данных человека. Это, вполне закономерно, порождает человеческий фактор: неправильно поставленная запятая, перепутанная цифра, плохое зрение и т.д. Отчасти избавиться от этих опечаток позволяет контроль качества после получения данных — значения сверяются со средними климатическими и с соседними значениями, и в случае явной ошибки исключаются из прогноза.

3. Следующая стадия обработки данных — усвоение — также богата на неточности. Так как, к сожалению, метеостанции расположены крайне неравномерно, приведенные к одному формату данные интерполируются по территории, что способствует охвату большей площади, но отнюдь не точности. Самый простой пример интерполяции — сравнить данные соседних станций и разделить разность на расстояние между ними, разумеется, с учетом рельефа и метеорологической ситуации. Это может сработать в странах Западной Европы или США, «забитых» станциями под завязку. Но в Восточной России или в Канаде, где расстояние между соседними метеопунктами может превышать сотни километров, такой подход не поможет. Как дополнительный источник информации используются уже спрогнозированные моделью данные на этот день и спутниковые данные.

Прогностическая модель представляет из себя набор математических уравнений, учитывающих физические процессы в атмосфере. Соответственно, прогноз — это решение системы уравнений, то есть, нахождение значений метеорологических параметров (температура, влажность воздуха, давление и т.д.) в каждой точке градусной и высотной сетки. Выбор точности уравнений определяется задачей и объемами вычислений: самый точный прогноз погоды был бы, если бы моделировалась каждая травинка с учетом силы трения сторон листа, но такой подробности не выдержит ни один компьютер, даже если предположить, что посчитать все травинки на Земле возможно: и так вычисление всех параметров достаточно объемный процесс, требующий мощи суперкомпьютеров. Также достаточно очевидно, что между естественными причудливо изгибающимися профилями значений метеопараметров и идеально ровными графиками решений уравнений существует некоторый зазор, вносящий свою долю неопределенности в итоговый результат.

Читайте также:  Вниз - это куда? Видео о гравитации

4. В ходе адаптации для человека данные наносятся на различные карты или 3D-проекции, проводятся линии фронтов, определяется вероятность выпадения осадков и получается почти готовый прогноз погоды. Почти. Для качественного прогноза погоды необходим анализ результатов синоптиком, знающим особенности модели и местности, но так как такому человеку необходимо платить, достаточно часто разнообразные сайты выкладывают в сеть «сырые» машинные прогнозы, точность которых ниже. Официально бесплатно выкладывать проанализированные человеком прогнозы обязан лишь Гидрометцентр, остальные делают это по своему желанию.

5. Еще одна  проблема интернетных машинных прогнозов — место производства. Это не тот случай, когда иностранное априори значит хорошее. Общепланетарные модели рассчитывают данные для достаточно грубой сетки в несколько градусов и лишь в заселенных территориях метеорологи занимаются надстройками для большей точности, получая в результате значения метеопараметров с шагом в десятки километров, вместо сотни. Соответственно, эти надстройки основаны на особенностях местности. Очевидно, что учитывающая влияние, к примеру, Великих озер модель для штата Нью-Йорк будет неточно работать для данных по Европейской территории России. Также иногда выкладывают «начальные» грубые данные с крупной сеткой. Поэтому стоит быть осторожными с иностранными прогнозами погоды для вашей страны.

6. И, к сожалению, несмотря на все старания метеорологов, пока невозможно достаточно точно предсказывать некоторые параметры. Например, летний конвективный дождь. Вероятность выпадения осадков определяется для всей ячейки, которая в лучших случаях может обладать площадью в десятки квадратных километров. В какой-то одной ее точке поднимающийся водяной пар достигнет состояния насыщения и прольется на землю осадками, в другой точке этой же ячейки такого вполне может не случиться, но вероятность определяют общую. Поэтому фраза «возможны осадки» для летнего послеобеденного дождя вызвана не ленью синоптиков, а ограничениями возможностей современной науки. Пока что можно лишь сказать, что формируются условия, способствующие выпадению осадков, а вероятность дождя можно оценить в энное число процентов от 50 до 100.

Итак, основные причины ошибок краткосрочных прогнозов: неточность приборов, человеческий фактор, интерполяция данных и их неравномерность (причем этот пункт влияет на прогнозы не только для малообжитых территорий Азиатской России, Канады и Австралии, но и на куда более многолюдные Западную Европу и Юго-Восточную и Восточную Азию, так как все процессы на Земле взаимосвязаны, и для полной картины и, соответственно, более точного прогноза нужно иметь представление о том, что происходит минимум на соседних землях, а в идеале и на всей планете), приблизительность математических уравнений, масштаб сетки и отсутствие обработки данных синоптиком в определенных случаях. 

Наиболее точные прогнозы — на завтра. Более-менее точны трехдневные предположения, за пять дней можно набросать примерное передвижение циклонов-антициклонов, и с вероятностью 60% можно предсказать погоду на неделю: слишком много вариантов развития событий.

А вот дальше двух недель при всем своем желании метеорологи зайти не могут. Это предел для прогнозов погоды: за это время водяной пар успевает пройти свой цикл и покинуть атмосферу, что увеличивает неопределенность до уровня невозможности. 

Есть еще, конечно, климатические модели, но они подчиняются своим законам и это уже совсем другая история.

Анастасия Несвятипаска

Нетология