Сначала определимся с терминологией, итак: прогноз погоды — это научно обоснованное предположение о будущем состоянии основных метеорологических параметров (в совокупности у обывателя складывающихся в ощущение погоды) в определённом месте на определённый срок, которое дается в терминах вероятностной оценки. Последнее очень важно: обязательно надо помнить о том, что метеорологи всегда говорят о вероятности того или иного события.
В зависимости от того, с какой заблаговременностью мы хотим узнать погоду, мы получим не только разную точность прогноза, но даже и разный подход при составлении прогноза.
Итак, выделяется несколько видов прогноза:
- сверхкраткосрочный (прогноз на ближайшие часы, делается на основе гидродинамических моделей и данных наблюдений, обычно спутниковых и радиолокационных), результаты такого прогноза доходят до пользователей обычно в виде экстренных сообщений (например, по радио объявляется штормовое предупреждение), предназначены они скорее для специальных служб (МЧС, аэропорты и т.д.);
- краткосрочный (до 3 дней) и среднесрочный прогнозы (до 10-14 дней) – такие прогнозы делаются на основе гидродинамических моделей атмосферы и океана (в которые на начальном этапе закладываются данные наблюдений), зачастую редактируются местными синоптиками. Именно такие прогнозы нам всем хорошо известны: «завтра утром -1, днем +3, вечером около нуля, на дорогах гололедица, местами осадки» — вот классический результат подобного прогноза;
- долгосрочный (более 2 недель). Такой прогноз выдается в терминах отклонения от нормы, рассчитывается главным образом на основе статистических методов. И выглядит не очень понятным большинству: «в феврале ожидается температура на 1 градус выше нормы, количество осадков в пределах нормы», результаты третьего типа прогнозов больше пригодятся, например, представителям сельского хозяйства.
Многие допускают ошибку, пытаясь узнать, какая погода будет через 2–3 недели. На самом деле, уже через неделю обычный прогноз, основанный на расчётах системы уравнений динамики и термодинамики атмосферы, начинает давать сбой. Ниже на графике приведена точность прогноза атмосферного давления для Северного и Южного полушария. Можно заметить, что качество прогноза неуклонно растет от года к году (прогноз на 3-й день сейчас оправдывается в 98 случаях из 100!), и этим метеорологи могут действительно гордиться! Но оно резко падает при росте заблаговременности. По-прежнему, оправдываемость прогноза на десятый день даже для давления составляет всего 40%! А уж про осадки и говорить не приходится…
Так в чем же дело?
- во-первых, сказывается несовершенство численных моделей прогноза погоды. До сих пор многие процессы параметризованы (то есть описаны некоторыми приближенными формулами, выведенными на основе наблюдений). Впрочем, и то, что описывается «правильными» формулами решается только приближённо, численными методами. Так, нахождение аналитического (гладкого) решения основного уравнения — уравнения Навье-Стокса (уравнения динамики атмосферы) — по-прежнему является одной из нерешенных математических задач (включенной Институтом Клэя в список «задач тысячелетия»);
- во-вторых, несовершенство начальных данных. Невозможно заставить датчиками всю планету (и поверхность океана, и атмосферу на всех высотах), а дистанционные данные (спутниковые, локаторы) пока имеют определенные погрешности;
- и наконец, в третьих (как обычно, самое важное — напоследок!), атмосфера — динамическая система с хаотическим поведением, когда незначительные влияния на систему могут приводить к большим изменениям («эффект бабочки»). При прогнозе погоды подобным влиянием как раз и являются те неточности в измерениях, что приводит к росту шума прогноза, который через 10–14 дней превышает сигнал (14 дней для сухой атмосферы и 10 дней для влажной). Метеорологи называют этот срок пределом предсказуемости. Модель может считать и дальше, но она уже окончательно «оторвется» от начальных условий, забудет их полностью. Верить такому прогнозу уже нельзя!
А как же долгосрочные прогнозы? Они построены совсем на других принципах: в таких прогнозах не рассчитывается движение атмосферы, фазовые переходы воды, потоки энергии… Нет, обо всём этом можно забыть! Используются статистические методы (поиск аналогов, кластерный и мультирегрессионный анализы и так далее). По сути, метеорологи находят исторические аналоги (когда было похожее состояние атмосферы и океана) и по ним делают прогноз (что будет примерно также, как было тогда). Кстати, согласно одному исследованию, примерно через 5 тысяч лет атмосфера и океан «переберут» подавляющее большинство возможных вариантов и тогда статистический прогноз будет оправдываться не хуже гидродинамического.
Ну а пока что так: классическим прогнозам погоды на 3 дня верить можно, на неделю — уже с некоторым скепсисом, ну а на 10 дней и больше – увы, нет… хаос — штука сложная!!
