Наука

Почему прогноз погоды так часто ошибается

28 марта 2019 | 10:50

Человечество собралось строить лунную базу и колонизировать Марс, создает летающие автомобили и реалистичных человекоподобных роботов. Но прогноз погоды на неделю до сих пор далек от идеала, и шутка «погоду на завтра слушайте послезавтра» не теряет своей актуальности. Пока Украину засыпает поздним мартовским снегом, Realist решил разобраться в тонкостях работы синоптиков.

Как прогнозируют погоду

Прогнозирование погоды — сложный процесс. Более 11 тысяч станций наблюдения по всему миру ежечасно измеряют температуру, давление воздуха, влажность, скорость и направление ветра и количество осадков. Самолеты, торговые суда, метеозонды и спутники делают то же самое, передавая данные на наземные станции. Затем на основе этой информации суперкомпьютеры генерируют карты погоды и выдают прогнозы, сопоставляя их с аналогичными погодными условиями, зафиксированными в прошлом. Метеорологи интерпретируют сгенерированные компьютером прогнозы, сравнивают их с различными математическими моделями, и «причесывают» в режиме реального времени. Но погода все равно остается непредсказуемой.

«Атмосфера представляет собой хаотическую систему. Небольшое изменение ее состояния в одном месте может со временем иметь значительные последствия в другом, — объясняет британский метеоролог Джон Шонк в колонке для The Conversation. — Любая погрешность в прогнозе будет быстро разрастаться, вызывая дальнейшие ошибки в более широком масштабе. Это похоже на эффект бабочки».

Как прогнозы стали более точными

В начале ХХ века прогнозы погоды составляли методом аналогов. Специалисты изучали синоптическую обстановку в текущий момент, определяли, где находятся циклоны и антициклоны, получали карту погоды. Затем в архиве искали карты, приближенные к нынешней ситуации, и экстраполировали данные из прошлого на будущее. Но такой метод не может спрогнозировать погодные аномалии, и точность его страдает, поскольку синоптическая ситуация всегда уникальна.

Вплоть до развития вычислительной техники точность краткосрочных прогнозов погоды (до 72 часов) не превышала 55−60%. Большой скачок метеорология сделала лишь в 1950-х года, когда ученым предоставили первые суперкомьютеры. Сегодня среднесрочные пятидневные прогнозы почти так же точны, как двухдневные прогнозы 30 лет назад.

«Прогнозы по ураганам сегодня отклоняются в среднем на 161 км по сравнению с 563 км 25 лет назад. Суперкомпьютеры, способные производить более 1000 триллионов операций в секунду, помогли уменьшить количество ошибок, — пишет The Economist. — Метеорологи теперь делят планету на сетку из двухмерных блоков размером 13×13 км, тогда как их коллеги в начале ХХ века использовали для прогнозирования блоки 338×338 км».

Все зависит от срока

Составляя прогноз на одни сутки, синоптикам достаточно знать, где находится циклоны и антициклоны, и куда они сдвинутся за 24 часа. Прогноз на 5−10 дней требует собрать информацию со всего Северного полушария. Но если нужно создать прогноз дальше 15 суток, необходимо собирать данные со всей планеты, анализировать циркуляцию атмосферы и данные, которые поступают из океана. И если на суше датчиков, зондов и станций достаточно, то с океанами дело обстоит сложнее: специальные буи в них находятся на очень больших расстояниях, и точность прогноза страдает.

«Прогнозировать дождь сложнее. А предсказывать местоположение и интенсивность гроз — все равно, что заглядывать в кастрюлю с кипящей водой и пытаться выяснить, где пузырь лопнет и насколько он будет большим, — признается метеоролог Анджела Фриц в колонке для The Washington Post. — В большинстве случаев определение того, когда будет идти дождь или снег через 7−10 дней, просто выходит за пределы диапазона предсказуемости. А сезонные прогнозы имеют тенденцию быть лишь приблизительными».

Точность прогноза погоды зависит от его срока. Прогноз на 24 часа составляется с точностью 90−96%, к 5 суткам точность падает до 75−80%, а к 15 суткам — до 55%.

Таким образом, прогноз температуры и влажности на месяц не будет выходить за рамки средних показателей для схожего состояния атмосферы.

Как скоро прогнозы погоды перестанут ошибаться? Джон Шонк утверждает, что 100% точными они не будут никогда. Но точность отчасти зависит от того, как быстро будут развиваться технологии.

«С более мощными суперкомпьютерами мы сможем обрабатывать больше исходных данных. При создании первоначального „снимка“ картина атмосферы будет более точной, — объясняет Джон Шонк. — Прогресс в моделировании погоды поможет нам делать более реалистичные предположения. Но в основе прогноза лежит модель, которая всегда предполагает вероятность погрешностей».