- Где-то видел такие слова «вероятность дождя 50%», что же вы это, прогнозируете так плохо?
- Уж лучше монетку бросить, да?
- Именно!
Ну что же, если серьезно, то прогноз погоды гораздо лучше бросания монетки, там вот уж действительно 50 на 50. Но вернусь к вопросу знакомого: что же с там дождями-то? А всё дело в том, что в формировании некоторых метеорологических явлений очень важную роль играет случай, стохастика. Самый яркий пример - конвекция (если точнее, то конвекция Бенара).
Постараюсь объяснить на примере, который известен всем: представьте, что атмосфера - это кастрюля с водой, которую вы ставите на плиту и нагреваете. А теперь ждёте: читаете газету, слушаете радио, отвечаете на телефон, это не так важно, что вы делаете - может быть просто сидите и смотрите на кастрюлю. Главное, ждёте. И вот на дне появляются первые пузырьки. Если происходит равномерный нагрев и на дне нет никаких особенностей (например, царапин), то самое удивительное - такие пузыри могут совершенно случайным образом появляться в любом месте на дне кастрюли!
Проведя сотни опытов (если есть время или желание или и то и то вместе и что-нибудь ещё впридачу), вы можете посчитать количество пузырей, засечь точное время появления первых маленьких пузырьков, оценить скорость их перехода в пузырьки покрупнее, оценить площадь, которую займут пузыри на дне и так далее. НО! Одного сказать вы не сможете никогда: где именно на дне появятся эти пузыри. Вот в этот раз пузырек появился здесь, в следующий раз на пару миллиметров правее, затем - левее, затем - снова здесь и так далее. Какой выход? Говорить о вероятности. О вероятности того, где у вас появится пузырек.
Например, вы точно знаете, что на третьей минуте у вас появятся первые пузырьки, они займут 30% дна вашей кастрюли, но сказать, где именно появятся - вы не можете. Зато вы смело можете говорить, что вероятность появления пузырька те самые 30%. А на 5-й минуте это может быть уже 60%. Но здесь важно помнить, если у вас на дне есть царапина или нагреваете вы один угол - тогда в этих местах появление пузырьков, конечно, гораздо более вероятно.
Это – очень хорошая иллюстрация как раз той ситуации с вероятностью дождя, о которой меня спрашивал знакомый. Представьте: лето, пониженное атмосферное давление - Солнце нагревает поверхность земли, теплый воздух начинает подниматься вверх. Но везде он подниматься не может (баланс массы должен соблюдаться!), поэтому воздух поднимается в отдельных районах, по сути - теми же самыми пузырями, как в кастрюле. Метеорологи точно знают, что в такую погоду сформируются мощные кучево-дождевые облака, пройдут дожди. Но сказать заранее точно, на Ордынке дожди пройдут, или на Солянке, иногда просто невозможно (если нет никаких «царапин» или «неравномерного нагрева» - наличие таких вещей безусловно упрощает прогноз)!
Кстати, ещё более яркий пример связан с прогнозированием формирования торнадо над абсолютно плоской и очень однородной равниной Среднего Запада США: метеорологи оценивают состояние атмосферы, они точно знают, что в таком-то регионе сформируется такое-то количество торнадо, но где именно - сказать не могут! Велика роль случая! И как раз вероятностная оценка помогает хоть как-то обуздать такой случай, сделать его не совсем случайным.
