По данным ВЦИОМ, за метеосводками регулярно следят 79% россиян, при этом большинство доверяют прогнозам и считают их точными. Но иногда бывает так, что прогноз даже на ближайший день может не оправдаться. Почему так происходит? С какими трудностями сталкиваются специалисты, составляя прогноз погоды? Что значит формулировка «ощущается как…»? И стоит ли верить в народные приметы? На эти и другие вопросы порталу Наука.РФ ответил заместитель директора Гидрометцентра России, кандидат физико-математических наук Дмитрий Киктёв.
— Дмитрий Борисович, расскажите, с чего начинается прогноз погоды? Откуда берут данные для анализа?
— Чтобы составить прогноз погоды, сначала нужно оценить текущее состояние атмосферы, поверхности океана, суши, ледового покрова. То есть, собрать различные виды наблюдений от множества разных платформ: в том числе синоптических станций, метеорологических радаров, спутников, аэрологических наблюдений. Данные наблюдений к нам поступают практически в режиме реального времени со всего земного шара.
Все это многообразие данных мы объединяем, сопоставляем и исключаем информацию, не внушающую доверия. Затем строим сеточные поля параметров состояния атмосферы (температура, давление, скорость и направление ветра, влажность на разных высотах) во всей толще атмосферы. Это отправная точка для расчета прогноза.
— Что происходит после того, как собрали необходимую информацию?
— С помощью атмосферных моделей рассчитываем на мощном вычислительном комплексе численный прогноз погоды. Модель атмосферы — это сложный программный комплекс, с помощью которого решается система уравнений, описывающих эволюцию атмосферы. При этом дополнительно учитывается множество сложных физических процессов в атмосфере. Например, радиационно-облачные взаимодействия, процессы в пограничном слое атмосферы и в верхнем слое земной поверхности, образование и испарение осадков, взаимодействие с растительностью.
Многие физические механизмы, слабо ощутимые в прогнозах на короткие сроки, становятся важными в долгосрочных прогнозах. Многие из этих механизмов недостаточно изучены и требуют дальнейших исследований. Для ответа на многие вопросы имеющаяся наблюдательная база недостаточно полна. С годами прогностические модели постепенно превращаются из атмосферных в модели окружающей среды, где учитываются и химические реакции в атмосфере, и влияние биоты, и атмосферное электричество, и другие параметры. Это своего рода цифровые двойники системы Земля. Общая тенденция развития прогностических моделей — учет и улучшение представления в них все большего числа влияющих на погоду механизмов. Во многих случаях это требует междисциплинарных исследований.
— Но ведь бывает, что прогноз дает сбой?
— Много ли по стране устройств? Сколько нужно технологий, чтобы собрать точные данные по городу или региону?
— Если говорить о метеостанциях Росгидромета, по стране их немного меньше 2 000. Они измеряют параметры атмосферы с достаточно высокой точностью, но в одной точке. А спутник или радар покрывают большие территории, хотя и с существенными погрешностями. Поскольку бо́льшая часть земной поверхности слабо покрыта прямыми измерениями (их мало над океанами и малонаселенными районами суши), всё более важные источники для нас сейчас — это технологии дистанционного зондирования: в частности, спутники и радиолокаторы. Сегодня мы получаем со спутников порядка 80% информации о текущем состоянии погоды.
Когда речь идет о точности прогнозов, здесь приходится искать баланс желаемого и возможного. Конечно же, желательно иметь плотную наблюдательную сеть, но есть экономические ограничения. Наша страна большая, и покрыть ее всю густой сетью метеодатчиков невозможно. Плотность наблюдательной сети в густонаселенных районах выше. В отдаленных районах измерений производится меньше. Труднодоступные станции сложно поддерживать, но они важны.
— На сколько дней вперед можно получить точный прогноз погоды?
— Около 10 дней. Мы можем составить либо детальный прогноз, но на ближайшее время, либо более обобщенный, но с большей заблаговременностью. Почему? Все из-за предсказуемости атмосферы. Она непостоянна и меняется в зависимости от текущей ситуации. У нее может быть несколько сценариев развития. Если атмосфера практически никак не меняется, прогноз будет более устойчивый.
— Выходит, что прогнозы на месяц ошибочны?
— Не совсем так. Прогнозы на долгие сроки (например, на месяц или сезон) составляются в другой форме и в других терминах. Объектами прогноза на долгие сроки становятся не мгновенные значения метеорологических полей, то есть не «погода» в определенной точке и определенное время, а атмосферные статистические характеристики: средние значения, частоты появления тех или циркуляционных структур и тому подобное.
Долгосрочные прогнозы составляются без детализированной временной разбивки, в терминах средних за период (декада, месяц, сезон) аномалий — отклонений от климатической нормы. Индивидуальные погодные явления в результате такого осреднения становятся неразличимыми. Поэтому правильнее называть такие прогнозы не «долгосрочными прогнозами погоды», а «долгосрочными метеорологическими прогнозами». Такой прогноз не особо информативен, чтобы, скажем, планировать ваши выходные на 34-й или еще какой-то дальний день прогноза. Но, например, для энергетиков информация о том, будет ли грядущий месяц или зима холоднее или теплее обычного — это может быть весьма полезно.
— Качество прогноза во многом зависит от того, какие вычислительные ресурсы нам доступны. Если нет сильного компьютера, значит расчеты будут вестись на грубой сетке, с огрублением многих важных физических процессов. Мы используем компьютер с производительностью 1,5 петафлопс. Это 10-15 операций в секунду! Однако по нынешним меркам даже такие мощности считаются скромными. Надеемся, в 2026–2029 годах появится возможность модернизировать вычислительный комплекс Росгидромета. Сейчас вычислительные средства активно развиваются. Это очень жадная до ресурсов задача.
— А искусственный интеллект как-то используется для прогнозов?
— Да, в задачах прогноза погоды применяется машинное обучение. Например, для учета и коррекции систематических ошибок численных прогнозов погоды, для выявления неблагоприятных и опасных погодных явлений (сильных осадков, гроз, шквалистых ветров и т. д.) по данным спутников, радаров и другим информационным источникам, а также для ускорения громоздких расчетов.
— Что самое сложное в прогнозировании?
— Объект прогноза. Земная система (атмосфера, океан, суша) — очень сложная система. Наша информация о состоянии этой системы всего неполна. Какие бы продвинутые технологии в будущем у нас не появились, наблюдений всегда будет недостаточно. В атмосфере происходит бесчисленное множество сложных процессов, которые невозможно полностью понять или охватить ресурсами. Даже если мы создадим идеальную модель, мелкие ошибки в начальном представлении состояния земной системы могут привести к нарастающим погрешностям в прогнозах. Таков природный ограничитель, связанный с хаотичностью атмосферной динамики.
— Но в будущем сделать прогнозы точнее все же получится?
— Да, мы для этого работаем. С годами качество прогнозов, конечно же, будет улучшаться. Необходимо совершенствовать наши прогностические инструменты, расширять перечень наблюдений за земной системой и отечественную спутниковую группировку, а также улучшать приборную базу, то есть установленную на них аппаратуру. Нам есть к чему стремиться.
— В прогнозах часто можно встретить показатель «ощущается как…». Что это значит?
— Это связано с физиологией. Так, в жару природа позаботилась о том, чтобы защитить организм человека от перегрева. В зависимости от температуры у нас меняется скорость испарения с кожи. Кожа испаряет влагу, выделяется пот, и это охлаждает поверхность нашего тела. При холоде и сильном ветре потери тепла больше. Из-за этого мы по-разному ощущаем, насколько комфортная сейчас погода. Но я предпочитаю более прямые формулировки. Информация о температуре и скорости ветра сама по себе уже многое говорит. Зная основные параметры, уже примерно понимаешь, как это будет ощущаться.
— В большой степени это фольклор, к которому не стоит слишком серьезно относиться. Но в то же время нельзя отрицать, что, скажем, по форме облаков можно действительно прогнозировать многие атмосферные процессы (например, увидеть приближение атмосферного фронта). В век парусов многие моряки умели хорошо читать по облакам и определять предвестники изменений погоды до нескольких часов вперед.
Беседовала Анна Шиховец
