Почему синоптики так плохо предсказывают погоду

Почему синоптики так плохо предсказывают погоду

«Ну что, какую погоду завтра обещают?» — это практически обязательный ежевечерний вопрос современного человека. При этом только ленивый не шутил про ошибки синоптиков. Почему ученые до сих пор не могут предсказывать погоду, случайно ли, что по выходным часто идет дождь, — «Чердак» разобрался с этими и другими погодными загадками.

Несмотря на все удобства современной жизни (а может, как раз из-за них), люди сегодня как никогда зависимы от прогнозов синоптиков. И частенько, особенно когда дело касается дождя, эти прогнозы не оправдываются. Более того, жители нашей страны уверены, что не оправдываются и куда более масштабные предсказания климатологов: летом 2015 года, наверно, каждый москвич спрашивал себя, где обещанное глобальное потепление? Обыватели плохо понимают то, как различаются погода и климат, как они взаимосвязаны и почему прогнозы погоды никогда не будут абсолютно точными. «Чердак» разобрался в этих вопросах.

Теория погодного хаоса

Неточность прогнозов синоптиков и их неспособность предсказать погоду на несколько недель или месяцев вперед объясняется феноменом, которому известный математик и синоптик Эдвард Лоренц придумал красивое название «эффект бабочки».

В далеких 60-х годах XX века Лоренц работал на одном из первых компьютеров в Соединенных Штатах, проводя сложные и трудоемкие расчеты, при помощи которых предсказывал погоду на несколько дней вперед. Пытаясь ускорить работу вычислительной машины, ученый подставил числа, полученные в ходе предыдущей сессии расчетов, в качестве исходных данных и оставил компьютер работать.

Сравнив распечатки за текущий и прошлый день, Лоренц обнаружил, что результаты кардинально различались. Причина была в том, что на распечатке для пользователя компьютер выдавал неполные значения переменных: часть знаков после запятой убиралась для наглядности. Из-за того что Лоренц ввел в ЭВМ такие «урезанные» значения, конечный результат оказался совершенно иным, хотя это были ровно те же данные, которые машина обрабатывала днем ранее.

Изучая этот эффект, Лоренц сформулировал теорию хаотических систем, к которым относится и погода. Как выяснил математик, поведение подобных нелинейных систем очень сильно зависит от значений входных параметров, и малейшие колебания в них вызывают кардинальные изменения в прогнозе погоды через дни, недели и месяцы. Любитель образных сравнений, Лоренц изначально называл такие колебания «взмахом крыла чайки» (через несколько лет чайка превратится в бабочку). Из-за этого эффекта точно предугадать погоду практически невозможно, и даже расчет на несколько дней вперед требует мощных суперкомпьютеров.

Странный аттрактор Лоренца — так графически изображается множество неустойчивых траекторий в фазовом пространстве динамической системы. Изображение: wikimedia

Ученые пытаются решить проблему качества исходных данных самыми разнообразными способами. В каждой стране существуют сотни и даже тысячи метеорологических станций, собирающих данные о текущем состоянии атмосферы, планету окружает целая гирлянда метеорологических спутников, а математики работают над разработкой алгоритмов, позволяющих более точно и быстро просчитывать работу хаотических систем.

Смартфоны вместо синоптиков

К примеру, в июле этого года ученые из США предложили новое определение хаоса и набор математических формул. Как рассчитывают авторы работы, это поможет метеорологам просчитывать пределы, в которых может колебаться состояние системы, чтобы оценивать силу «эффекта бабочки» и благодаря этому точно предсказывать погоду.

В деле предсказания погоды есть и более необычные инновации, которые появились благодаря взаимодействию метеорологии с другими областями науки. К примеру, два года назад французские метеорологи из университета Пьера и Марии Кюри в Париже проанализировали историю климатических колебаний над Атлантикой и выяснили, что зимнюю погоду в Европе и западной части России можно достаточно точно предсказать еще в сентябре, используя данные, собранные в начале осени.

Нидерландские ученые в 2013 году показали, что дополнительно улучшить точность прогнозов помогут переносные метеостанции, которые, как оказывается, есть почти у каждого из нас — это датчики влаги и температуры в аккумуляторах смартфонов. Хотя смартфоны редко проводят продолжительное время на открытом воздухе, их очень много, поэтому ученые получают достаточно точную температурную карту местности, используя показания настоящих метеорологических станций в качестве отправной точки для расчетов.

Исследователи использовали приложение OpenSignal, установленное более чем у полумиллиона пользователей, которое собирает разные данные о смартфоне, в том числе температуру его аккумулятора. Используя собранную информацию, ученые вычислили средние дневные температуры для Лондона, Лос-Анджелеса, Парижа, Мехико, Москвы, Рима, Сан-Паулу и Буэнос-Айреса. Сейчас погрешность «телефонных» измерений находится в пределах 1,5 градуса, но по мере роста числа пользователей она будет уменьшаться.

Климатические осложнения

При этом сегодня, несмотря на весь технический прогресс, прогнозировать погоду сложнее, чем в прошлом, из-за того что климат Земли, благодаря деятельности человека и выбросу большого количества парниковых газов в атмосферу, в последние 50—70 лет стремительно меняется. Одно из проявлений влияния климата на погоду — так называемые экстремальные погодные явления, частота которых резко выросла в последние годы. Предсказать эти погодные феномены практически невозможно, что крайне опасно, учитывая что жертвами погодных «фокусов» становятся десятки и тысячи людей.

Яркий пример экстремальных погодных явлений — аномальная жара в России в 2010 году и наводнение в Крымске в 2012 году, когда за несколько суток в регионе выпал почти годовой уровень осадков. В последнем случае, как недавно выяснили российские и немецкие климатологи, катастрофа произошла из-за дестабилизации системы ветров над Черным морем, которая случилась потому, что воды Мирового океана стали заметно теплее. К этому примешалось стечение еще ряда других климатических факторов. Все это вместе привело к тому, что уровень осадков в юго-восточном Черноморье непосредственно перед наводнением вырос в три раза.

Рост температуры морской воды ускорил ее испарение в теплые дни, благодаря чему над некоторыми уголками Черного моря появилось множество облаков водяного пара. При определенных обстоятельствах они очень быстро восходят в тропосферу, концентрируются и выпадают в виде очень мощных локальных осадков. Именно так случилось в Крымске, где выпало на два порядка (в сто раз) больше осадков, чем когда-либо раньше.

Еще одно следствие неуемной активности человека и ее влияния на погоду и климат — плохая погода на выходных. В последние годы, как назло, в субботу и воскресенье в теплое время года идет дождь, а в холодное — снег, даже если в будни на небе ни облачка. Метеорологи из университета Барселоны раскрыли секрет этой обидной закономерности, изучив данные, собранные метеорологическими станциями за последние 50 лет в Испании и других странах Европы.

Ученые выяснили, что недельные флуктуации в объемах автомобильных выхлопов и прочих «человеческих» парниковых газов оказывают сильное влияние на локальный климат и погоду в зимнее время. К примеру, в середине недели, когда уровень антропогенных газов и аэрозолей в атмосфере находится на максимуме, дневные и ночные температуры начинали падать, давление снижалось, а небо покрывалось облаками, что создавало благоприятные условия для выпадения осадков в пятницу, субботу и воскресенье. В результате в Испании и ряде других европейских стран очень часто выходные начинались с дождей в последнюю половину столетия.

Ложное эхо

Необычные «выкрутасы» климата, аномальные погодные явления (вроде чрезвычайно холодной зимы в США несколько лет назад или нынешнего лета в России) часто заставляют обывателей не верить климатологам и метеорологам с их разговорами о глобальном потеплении, а искать альтернативные причины всех этих феноменов.

При этом у самих ученых нет никаких сомнений в том, что глобальное потепление — реальность. В последнем докладе, подготовленном Межправительственной группой экспертов по изменению климата ООН в 2013 году, сообщается, что рост среднегодовых температур на Земле сегодня с 95-процентной долей вероятности обусловлен антропогенными факторами.

Недавно у сторонников альтернативных теорий появился еще один «контраргумент» — глобальное похолодание, которое предположительно будет вызвано снижением активности Солнца. В последние годы она резко снизилась, а в будущем упадет до уровней, сопоставимых со знаменитым Маундеровским минимумом — временным отрезком с 1645 по 1715 год, с которым связывают малый ледниковый период в Европе.

Директор климатологического подразделения NASA красноречиво назвал подобные заявления «полной чушью»: активность звезды не так сильно влияет на климат Земли, как считают сторонники данной теории. Более того, расчеты климатологов из Великобритании показывают, что даже если подобный минимум наступит в середине следующего столетия, он лишь замедлит рост глобальных температур, но не остановит его.

Дивный новый мир

Что же нас ожидает в будущем? Учитывая хаотический характер погодных и климатических систем, обоснованный ответ на этот вопрос найти очень сложно, если в принципе возможно. Тем более, никогда не стоит забывать о роли политики в текущих переговорах по вопросам изменения климата. Тем не менее ученые пытаются найти более или менее адекватные ответы на эти важные вопросы, изучая климатическое прошлое Земли.

За последние годы ученые обнаружили, что многие вещи, начиная от годовых колец деревьев и заканчивая соотношением особых «космических» изотопов в отложениях пород на дне моря, можно использовать для оценки климата, господствовавшего во время различных геологических эпох.
Подобные исследования заодно помогают ученым искать аналоги текущего глобального потепления.

Как показала масштабная работа климатологов из Стэнфорда, проведенная в 2013 году, за последние 65 миллионов лет Земля не переживала столь быстрого роста доли углекислоты и повышения среднегодовых температур. То есть последствия глобального потепления будут очень серьезными и предсказать их вряд ли получится — в недавней истории планеты просто не было ничего подобного. Человечеству только остается надеяться, что политики найдут общий язык и примут меры, сдерживающие дальнейший рост среднегодовых температур.

Оставить комментарий

Вы можете использовать HTML тэги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>