Почему прогнозы погоды до сих пор неточные?
Все мы, собираясь утром на работу, не забываем посмотреть – какая будет температура воздуха, будут ли осадки… И одеваемся, исходя из того, какую погоду нам сулят синоптики из метеоцентра. Но довольно часто дождя не бывает там, где его обещали, а температура воздуха существенно отличается.
Почему прогноз погоды так важен? Разумеется, главной заботой синоптиков является не та ситуация, когда вы вышли из дома без зонтика и промочили ботинки. Прогноз погоды прежде всего жизненно важен для различных отраслей деятельности человека – сельское хозяйство, авиация, морской и речной транспорт… Но почему же на современном уровне развития техники, с компьютерами и спутниками, невозможно дать абсолютно точный прогноз погоды?
Давно прошли те времена, когда погоду предсказывали исходя из показаний барометра, то есть по изменению атмосферного давления. Сейчас метеоспутники и метеостанции постоянно собирают данные атмосферы в сотнях тысяч мест по всей планете. Метеорологические службы уже давно используют математические модели прогнозирования, и участие человека заключается только лишь в выборе правильной модели.
Модель – это сложная система уравнений со многими неизвестными. Если синоптики хотят сделать прогноз погоды для конкретного места, они берут уравнение и подставляют в него значения, полученные со спутников и метеостанций. Полученные результаты анализируются и обобщаются. При этом специалисты видят динамику перемещений циклонов и антициклонов, воздушных масс. На основании этого возможно сделать прогноз на какое-то время вперед.
Все погодные прогнозы делятся на сверхкраткосрочные, краткосрочные, среднесрочные, долгосрочные и сверхдолгосрочные. Чем более краткосрочнее прогноз, тем он точнее. Так, точность сверхкраткосрочного прогноза (до 12 часов) составляет около 95%, а сверхдолгосрочного (более чем на 3 месяца) – уже 50%, что делает его, в принципе, абсолютно бессмысленным.
На погоду влияют такое огромное количество постоянно изменяющихся факторов, что учесть их все на сегодняшний момент невозможно. Кроме того, многие плохо изученные процессы сложно описать уравнениями. Множество микроскопических событий в атмосфере может приводить к макроизменениям, наподобие «эффекта бабочки» (по этой же причине весьма затруднительно делать прогноз землетрясений). Поэтому неизбежные ошибки будут накапливаться с течением времени, и чем более долгосрочен прогноз, тем больше ошибок в нем наблюдается.
При приближении даты прогноза ошибки корректируются и прогноз становится более точным. Именно поэтому сегодня мы можем наблюдать прогноз температуры на следующей неделе один, а завтра уже другой.
Источник
Почему нельзя точно предсказывать погоду
Прогнозы погоды нередко «обманывают» нас, подрывая доверие к синоптикам. Почему нельзя точно сказать, какая погода будет за окном в течение дня?
Сегодня синоптики обладают довольно мощными методами обработки информации и данными, которые, казалось бы, позволяют довольно хорошо моделировать погоду. Со стороны кажется, что в физических моделях можно учесть все факторы, влияющие на формирование различных погодных условий. Однако на деле климат и погода оказываются довольно непредсказуемыми — смоделировать их будущее можно только с определенной и часто небольшой точностью. Почему так происходит?
Все дело в том, что погода, как и многие другие явления, зависит от множества факторов — от колебаний температуры в одной части света до извержения вулкана в другой. Проблема состоит в том, что при введении исходных параметров в климатическую модель, они должны быть максимально точными — малейшее различие в входных значениях приводит к серьезному отклонению на выходе.
Этот важный факт обнаружил в 60-х годах прошлого века математик и синоптик Эдвард Лоренц. Такой феномен ученый назвал «эффектом бабочки». В самой популярной формулировке, взмах крыльев бабочки в одной части света может вызвать волну эффектов, которая приведет к изменению погоды на противоположной части земного шара.
Хотя предсказать такую хаотическую систему, как погода на Земле, в точности невозможно, ученые стараются как можно лучше приблизиться к наиболее точному описанию процессов в земной атмосфере и гидросфере и их предсказанию. Для этого во многих странах развертываются сети метеорологических служб, а авторы одного из проектов предложили применять для этой цели смартфоны пользователей.
«Сбываемость» прогноза погоды сильно зависит от того, на какой срок делается этот прогноз — чем дальше синоптики стараются «заглянуть в будущее», тем меньше точность. Например, сверхкраткосрочные прогнозы — до 12 часов — сбываются с вероятностью в 95-96%, а сбываемость среднесрочных — до 10 суток — составляет уже 65-80%.
Увеличение объема данных и возможность следить за изменением погодных условий в реальном времени позволяет серьезно улучшить прогнозы и частично нивелировать влияние непредсказуемых факторов. Ситуация осложняется и ростом хаотичности атмосферных явлений, так как в атмосферу попадает все больше углекислого газа, так или иначе влияющего на потепление климата. Для предсказания того, как выбросы в одном месте будут влиять на климат в целом, требуются мощные суперкомпьютеры, но даже они не в силах сделать такие расчеты, если входные данные будут недостаточно точны.
Источник
Синоптики объяснили почему не могут точно предсказывать погоду
В то время как большинство ученых борются за понимание нашей сложной Вселенной, метеорологи часто сталкиваются с насмешками. Мы можем отправить человека на Луну или предсказать планетарные расчеты на годы вперед, но все же не не умеем формировать точные прогнозы погоды?
Синоптики значительно улучшили свою работу за последние 20 лет. Трехдневные прогнозы, которые они проводят сегодня, лучше, чем однодневные прогнозы, которые они делали 20 лет назад. Они также намного лучше оснащены для предоставления предупреждений о суровой погоде, торнадо и предоставляют людям дополнительные 40 минут, чтобы избежать внезапных наводнений.
Современные метеорологи не были бы настолько точны без численного прогнозирования, которое использует математические уравнения для прогнозирования погоды. Для этого требуются мощные компьютеры и множество данных наблюдений, собранных с суши, моря и воздуха. Одна метеостанция никогда не сможет собрать столько информации. Вместо этого тысячи станций по всему миру связаны друг с другом, и их данные объединены. Некоторые из этих станций — наземные датчики ветра (их называют анемометрами), сборщики дождя и датчики температуры. Другие находятся далеко в море, привязанные к буям. Некоторые путешествуют на коммерческих авиалайнерах или кораблях, собирая метеорологические данные, в то время пассажиры и товары перемещаются из пункта А в пункт Б. Наконец, метеорологические спутники и воздушные шары предоставляют информацию из верхних областей атмосферы.
В совокупности все эти датчики и датчики ежедневно производят более 1 миллиона наблюдений, связанных с погодой. Все эти данные обрабатываются на суперкомпьютерах, которые выполняют миллионы вычислений в секунду.
Можно подумать , что национальные центры по прогнозированию окружающей среды и мощные компьютеры никогда не могут делать ошибки, но даже их способностей не всегда хватает для масштабной задачи прогнозирования погоды. Это происходит потому, что они должны учитывать сразу несколько масштабных явлений, каждое из которых управляется несколькими переменными и факторами. Например, они должны учитывать, как Солнце нагревает поверхность Земли, как разница в давлении воздуха будет формировать ветры и то, как изменяющиеся в воде условия (от льда до воды или от воды до пара) будут влиять на потоки энергии. Небольшие изменения в любой из переменных в одном из этих сложных вычислений могут глубоко повлиять на будущую погоду.
Благодаря новейшим технологиям метеорологи могут прогнозировать погоду лучше, чем когда-либо. Например, с горизонтом до 12 часов, синоптики предлагают достаточно надежные прогнозы общих условий и тенденций. Но, к сожалению, благодаря постоянно изменяющимся факторам, они никогда не смогут предсказать погоду с абсолютной уверенностью, а именно, внезапные штормы — торнадо и проливные дожди, которые продолжают случаться без заблаговременного предупреждения.
Источник
Почему в России неточны метеосводки даже за истекшие сутки
Прогноз, погоди!
С погодой определённо решили что-нибудь делать. Взять хотя бы тот факт, что на днях из Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромете) ушёл руководитель: премьер Владимир Путин отправил в отставку Александра Бедрицкого, возглавлявшего ведомство 16 лет. Как будто бы никакого скандала при этом не случилось: Бедрицкий достиг пенсионного возраста и ушёл на заслуженный отдых. Однако это событие заставило вспомнить обо всех достижениях отечественных метеорологов в последние годы.
С одной стороны, ругать синоптиков – такая же традиция, как и жаловаться на плохую погоду. С другой – все прекрасно знают, что прогноз «переменная облачность, местами дожди» не значит ровным счётом вообще ничего. Ну уж точно не угадаешь, брать с собой зонт или нет. Опять же, предсказание днём 15–20 градусов скорее издевательство, поскольку такой разброс очень чувствителен для организма, который будет одет по верхней или по нижней планке пророчества.
Самое интересное: если верить статистике Росгидромета, точность краткосрочных прогнозов этой службы составляет сейчас более 90%. Быть может, так оно есть. Вот только почему-то на синоптиков злятся не только простые граждане, но и представители властей, для которых ошибка в прогнозе зачастую означает экономические потери. А порой и неподготовленность к опасным для жизни и здоровья людей природным катаклизмам.
Летом этого года глава Гидрометеобюро Москвы и Московской области Алексей Ляхов рассказал, что сейчас его ведомство располагает 46 метеостанциями. А для достижения 99-процентной надёжности прогнозов нужны всё те же 200 точек.
Да, сейчас это не укладывается в подмоченной внезапным дождичком голове, но долгие годы наша страна была новатором в метеорологии (см. справку). Россия 175 лет назад вообще стала первой страной в мире, где была создана государственная система регулярных магнитных и метеорологических наблюдений. Сейчас наши службы тоже вроде как котируются: Всемирная метеорологическая организация включила Россию в число 11 мировых центров долгосрочного прогноза. Как утверждает глава Гидрометцентра России Роман Вильфанд, его организация и Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова получили такой статус после того, как международные специалисты оценили качество их прогнозов. То есть вроде как не за красивые глаза. Однако есть и другая сторона медали: нашу страну и не могли не включить в число мировых центров, ведь без наблюдений на территории самой крупной державы мира прогнозировать погоду на планете просто невозможно.
В то же время по технической оснащённости российские метеорологи серьёзно отстают и от европейских стран, и от США. И в самой России качество их работы регулярно вызывает нарекания.
Самый, наверное, громкий метеорологический скандал случился в 1998 году. В ночь с 20 на 21 июня на Москву обрушился настоящий ураган: скорость ветра составила более 30 метров в секунду. Эту ночь и следующие несколько дней запомнили многие горожане: 8 человек погибли, 157 получили ранения, около 200 улиц остались без освещения, было отключено электроснабжение более 900 домов, повреждено более 2 тыс. жилых строений. По городу летали деревья, гаражи-ракушки и мусорные контейнеры. Экономический ущерб от урагана составил 1 млрд. рублей, а в ликвидации его последствий ежедневно были заняты несколько десятков человек.
Природное бедствие такого масштаба в столице случается крайне редко: до этого ураган обрушивался на Москву в самом начале XX века. Похоже, метеорологи не верили в повторение истории: буквально накануне урагана 1998 года они уверяли, что ничего подобного не произойдёт. Дело в том, объясняли они, что город защищён от мощных ветров высотными зданиями.
Как сообщил премьер-министр РФ Михаил Мишустин, правительство страны планирует ввести штрафы за необоснованный сбор с покупателей персональных данных.
Уже постфактум синоптикам пришлось признать, что не так уж и защищена столица. А заодно хоть как-то объяснить произошедшее: мол, мощный ветер и гроза (в ту ночь ещё и половина месячной нормы осадков выпала) возникли из-за столкновения двух воздушных масс с разными температурами. Восточнее Москвы стояла настоящая жара в 32–35 градусов, а с запада пришла воздушная масса с температурой 20–22 градуса.
Если бы метеорологи заметили движение этих масс и правильно проанализировали возможные последствия их столкновений, многих потерь удалось бы избежать. Поняли это и в столичной мэрии. И буквально через несколько месяцев после урагана столица совместно с Подмосковьем создали Гидрометеобюро Москвы и Московской области, которое теперь готовит прогнозы по заказу мэрии и городских коммунальщиков. Определённый эффект эта мера дала, по крайней мере несколько лет так откровенно, как летом 1998 года, в лужу метеорологи не садились. Более того, складывается впечатление, что с тех пор они даже перестраховываются: так, часто можно услышать сообщения о штормовом предупреждении, которые далеко не всегда оправдываются.
Как мы считаем, синоптики продолжали регулярно давать неточные прогнозы, от чего страдала городская экономика, а сами горожане испытывали дискомфорт. Недовольство властей копилось, и на одном из заседаний правительства Москвы в 2005 году вылилось в эмоциональную речь мэра Юрия Лужкова. «Дикая ситуация! Просто дикая! Мы платим деньги, и мы должны знать, что получаем от вас качественный товар, – горячился градоначальник. – Если вы нам вместо этого качественного товара даёте, извините за непарламентское выражение, всякую туфту, вы должны платить неустойку».
После этого с Гидрометеобюро Москвы и области столичные власти подписали такой договор: точность прогнозов, которые оплачиваются из городского бюджета, не должна быть ниже 80%. Таков, видать, уровень уверенности в правильности своего анализа со стороны синоптиков. Последние, впрочем, находят оправдания в плохой технической оснащённости. В 2005 году на весь Московский регион приходилось только 17 метеостанций, из них лишь 5 было в столице. С Западом действительно никак не сравнить: в одном Нью-Йорке насчитывается около 300. К 2007 году эту ситуацию обещали изменить: количество станций в столице и области планировалось довести до 200. Причём финансирование программы должно было идти практически на паритетных началах между Москвой и Росгидрометом.
Но вышло гораздо меньше. Когда сеть метеостанций в Москве станет достаточной, трудно сказать. Дело в том, что столичному гидрометеобюро из-за кризиса уже пришлось отложить планы по закупке в Финляндии новых компактных метеостанций.
Схожие проблемы по всей стране: оборудование устаревшее, сети метеостанций, мягко говоря, неплотные. И недовольство качеством работы синоптиков проявляли не только столичные власти. Например, несколько лет назад тогдашний мэр Тольятти Николай Уткин заявлял, что лучше в Интернете всю информацию о погоде узнавать, чем закупать её у метеобюро.
Синоптикам хорошо бы поторопиться с повышением точности своих прогнозов, ведь, согласно статистике самого Росгидромета, из-за постепенного потепления климата в России растёт количество опасных погодных явлений, которые наносят значительный ущерб экономике и населению. В 1990-е годы число таких катаклизмов составляло в среднем 150–200 в год, после 2000 года – уже по 250–300 в год, а в пиковом 2007 году эта цифра достигла 436.
Росгидромет между тем приводит удивительные цифры: оказывается, средняя точность прогнозов в 2008 году составила около 90%. Естественно, наиболее точными оказались краткосрочные прогнозы (на срок до трёх суток) – 95,5%. Оправданными оказались и 89% штормовых предупреждений, метеорологи заблаговременно сообщили о 85% опасных погодных явлений (297 из 349). Да и долгосрочные прогнозы вроде не подкачали: предсказания температуры на месяц вперёд были точны на 70–95%, а прогнозы по осадкам – на 58–69%.
Показатели неплохие. И явно противоречат субъективным наблюдениям россиян за точностью прогнозов. Но это на первый взгляд. На самом деле особого противоречия нет. Во-первых, многое зависит от рамок. Скажем, если напророчить дневную температуру от 20 до 25 градусов, попасть в точку не так уж и сложно. Это речь о краткосрочном прогнозе. А долгосрочный прогноз и вовсе составляется на основе многолетних наблюдений. Климат хоть и меняется, но не настолько кардинально, чтобы ошибиться слишком сильно.
Властям регионов дадут право самостоятельно определять сумму штрафа за безбилетный проезд в общественном транспорте. Сейчас сумма штрафа составляет сто рублей.
Во-вторых, мы, по сути, слушаем сообщения о средней температуре по больнице. Что, например, в Москве может означать прогноз «переменная облачность, местами осадки»? А то, что в каком-нибудь районе на севере города большую часть дня будет солнечно, а в каком-нибудь районе на юге Москвы прольётся мощный ливень. С одной стороны, синоптики вроде и не ошиблись, а с другой – горожанам угадать, какая часть прогноза относится именно к их району, нет никакой возможности. В Европе и США, где метеостанциями утыкан чуть ли не каждый километр, таких возможностей, конечно, больше. Однако и там не могут дать 100-процентной гарантии: метеорология как наука попросту не достигла таких высот.
Впрочем, портят прогнозы не только синоптики, но и незадачливые распространители погодной информации. Нетрудно заметить, что на разных крупнейших сервисах Рунета (Яндекс, Рамблер, Mail.ru и др.) прогноз может различаться на несколько градусов. И кто из них окажется прав в конкретный день, непонятно: количество ошибок у всех примерно одинаково.
Иногда ошибки в прогнозах скорее хочется назвать дезинформацией. В конце января 2009 года, например, москвичей напугали прогнозами о приходе в столичный регион 38-градусных морозов в первые 10 дней февраля. Новость прошла через агентства, её, зябко поёживаясь, обсудили, похоже, все горожане. А потом пришёл февраль, а лютые холода – нет. Официальным метеорологическим конторам пришлось открещиваться от этого прогноза: мы, мол, к нему вообще никакого отношения не имели.
Так и на самом деле могло случиться. Ведь в Интернете зачастую можно наткнуться на «сырой продукт»: сеть метеостанций по всему миру собирает показания, затем данные поступают в вычислительные центры, где автоматически обрабатываются, а на выходе превращаются в погодные карты. И – отправляются кочевать по Интернету. Однако это ещё не полноценный прогноз. Чтобы добиться максимальной точности, с промежуточными результатами работы вычислительной техники должен ознакомиться синоптик, который скорректирует карты с учётом местных сезонных особенностей.
Глава Гидрометцентра Роман Вильфанд призывает доверять только тем прогнозам, которые идут от официальных синоптиков. Специалисты с ним согласны и советуют пользоваться тематическими ресурсами: например, сайтами того же Гидрометцентра или Гидрометеобюро Москвы и Московской области. Там хотя бы сразу понятно, кто именно составил прогноз. И совсем уж откровенной дезинформации не появляется.
В ближайшие годы точность прогнозов погоды значительно увеличится, обещают в Росгидромете. Для этого уже несколько лет существует программа по модернизации и техническому перевооружению отечественной метеорологической службы. Есть и результаты. Например, было обновлено 50% системы наблюдений и обработки данных аэрологической сети, установлены 230 автоматических метеостанций. Системы наблюдения Росгидромета отслеживают около 30 параметров, характеризующих состояние воды, воздуха, почвы.
В декабре 2008 года в Гидрометцентре установлен мощный суперкомпьютер с общей пиковой производительностью 27 терафлопсов, то есть триллионов операций в секунду. Эта машина позволит повысить точность прогнозов и хоть как-то устранить технологические диспропорции с европейскими странами и США. К концу 2009 года будут внедрены процессоры с дискретностью шага 5–7 километров. Сейчас шаг сетки составляет 50 километров. Осталось ввести побольше пунктов наблюдения за погодой, и прогноз погоды наконец-то станет детальным. Правда, достаточного количества метеостанций ждать ещё долго: планируется, что по всей стране их будет 5,4 тыс., но только через 20 лет.
Сейчас, говорят в Росгидромете, стоит задача обновления технологий, используемых при гидрометеопрогнозе для авиации. Кроме того, до 2015 года специалисты рассчитывают получить новые инструменты наблюдения, в том числе локаторы доплеровского диапазона для прогнозирования опасных явлений – смерчей, резких усилений ветра и т.п.
А совсем недавно, этой осенью, с космодрома Байконур полетел на орбиту созданный по заказу Росгидромета спутник «Метеор-М», который наблюдает за поверхностью и атмосферой Земли. Камеры и локаторы принимают «картинку» в трёх спектрах – обычном, инфракрасном (тепловое излучение планеты) и коротковолновом (для отображения рельефа местности). Информацию на Землю спутник, который пока работает в тестовом режиме, передаёт, пролетая над тремя крупными городами: Москвой, Новосибирском и Хабаровском. Здесь эти данные расшифровываются и обрабатываются. И, наконец, используются в том числе и для прогнозов погоды. Метеорологи полагают, что точность этих прогнозов повысится значительно. А кроме того, синоптики смогут более-менее уверенно смотреть в погодное будущее не на три-четыре дня, как сейчас, а на шесть-семь дней.
С оптимизмом смотрят они и в своё собственное будущее: позже в космос планируется запустить ещё парочку «Метеоров». Вообще, разработанная недавно стратегия Росгидромета на период до 2030 года – амбициозный проект. «Этот документ будет важным, потому что за последние 20 лет мы отстали по развитию от других стран», – говорил незадолго до своей отставки глава Росгидромета Александр Бедрицкий. А за следующие 20 лет соответственно это отставание предполагается сократить.
В общем, западного уровня погодных технологий нам ждать ещё долго. К тому же пока остаётся немаловажный вопрос: откуда взять денег на модернизацию? Стоит она в среднем чуть больше 7 млрд. рублей в год. Половина этих средств, как планируется, пойдёт из бюджета. А вот другую половину надо будет привлекать из внебюджетных источников. На самом деле эта отрасль должна быть крайне привлекательна для инвестиций. Европейские метеорологические службы, например, оказывают услуги на сотни миллионов долларов в год. Но это даже не самое главное. Главное – какой экономии можно достичь, зная точный прогноз погоды. Вернее, насколько можно сократить возможные экономические потери из-за капризов природы. В среднем – на 40%. В частности, учёт прогнозов погоды в бизнес-планировании позволяет сократить до 46% общего объёма потерь в строительстве, до 43% – в авиации, до 24% – в сельском хозяйстве и до 18% – на морском транспорте. Международный банк реконструкции и развития оценил эффективность вложения средств в развитие гидрометслужбы через потери в экономике: каждый вложенный доллар может дать 6–7 долларов экономии.
Более того, если вся необходимая модернизация будет проведена, общий экономический эффект работы Росгидромета через 20 лет составит 50 млрд. руб. в год (это против нынешних 18 млрд.), уверяют в самом ведомстве. Главное, чтобы экономические прогнозы синоптиков оказались точнее теперешних погодных. Пока предприниматели особо не бегут в Росгидромет с деньгами – видимо, прогнозам не очень доверяют.
Источник
