Когда метеорологи перестанут ошибаться

Когда прогнозы погоды перестанут быть ошибочными и как происходила эволюция в метеорологии, рассказывает отдел науки «Газеты.Ru».

Международная группа климатологов из Великобритании и Канады опубликовала в последнем номере журнала Nature аналитический обзор того, что происходило в метеорологии за последние 40 лет. И надо сказать, их вердикт оказался очень оптимистическим: разговор, по их мнению, идет о медленной революции, и в конце концов настанет время, когда слова, сказанные из телевизора профессором Беляевым, покажутся нам истиной в последней инстанции и нам не придется злобствовать на него, доставая зонтики вместо приготовленных заранее плавок и купальников.

К слову сказать, нам и сейчас редко приходится обижаться на прогнозы синоптиков. Революция, о которой речь, идет, хотя и не очень быстрая: по оценкам авторов статьи, это один день за десятилетие.

Иначе говоря, точность, с которой десять лет назад синоптики прогнозировали погоду на шестой день, сегодня стала точностью прогноза на день седьмой.

Так-то сразу и незаметно, однако, отмечают ученые, публика, знакомая с наукой погоды только по телевизионным прогнозам, это может увидеть по метеорологическим катастрофам, таким, например, как аномальная московская жара 2010 года.

Москвичи и жители окрестных городов долго будут помнить это страшное время. Фактически аномальные температуры начали появляться еще в июне, но самое тяжелое время пришлось на вторую половину июля и первую половину августа. То лето стало самым жарким за всю историю наблюдений с 1879 года. Вместо четырех дней с температурой выше 30 °C, которые по норме полагаются в Москве на все лето, их состоялось 44, причем 33 из них шли подряд — с 14 июля по 15 августа. Кондиционеры резко подскочили в цене и стали вообще недосягаемыми, люди придумывали собственные средства охлаждения — например, набрать кубики льда из холодильника, положить их в блюдечко и дуть на то блюдечко вентилятором. Помогало не очень. Может, вместо блюдечка надо было взять блюдо, но где ж столько льда напасешься…

Ситуацию ухудшал кошмарный смог, возникший из-за торфяных пожаров в Московской области, главным образом тогда из-за него резко возросла смертность среди москвичей. Кстати, именно смога синоптики не учли тогда в своих прогнозах, пообещав на период 2–9 августа температуры выше 38 °C и не дождавшись их, потому что смог сыграл роль облачности и чуть-чуть снизил жару. В остальном они сработали с опережением и за одну-две недели предупредили о наступающей жаре.

Так что те, кто поверил прогнозам и имел возможность уехать, покинули Москву или, наоборот, не вернулись в нее из отпуска. С тем же опережением метеорологи сработали, предсказав в 2013 году аномальные рождественские заморозки на севере США и в Канаде, тем самым значительно снизив ущерб, нанесенный непогодой.

Эта тихая и, даже можно сказать, ползучая революция происходит потому, что на метеопрогнозы тратится много денег, растет число метеостанций и метеоспутников, но главным образом, утверждают авторы статьи, это результат прогресса в компьютерном моделировании атмосферных процессов. О чем-то подобном ученые заговорили еще в начале прошлого века, предложив исследовать состояние атмосферы методами математической физики.

Конечно, в то время это было чисто авантюрным предложением: не было ничего похожего на компьютеры, не было достаточного количества наблюдений за погодой, и понимание атмосферных процессов было далеко от удовлетворительного. Однако список основных уравнений матфизики был объявлен и до сих пор остается основополагающим.

Главная проблема с состоянием атмосферы заключается в том, что эта система зависит от множества параметров и к тому же является нелинейной, то есть какое-то малосущественное изменение может привести к серьезным атмосферным метаморфозам. Поэтому когда появились первые попытки компьютерного моделирования климата, разные модели приводили к разным результатам, как правило, не совпадающим с реальным положением дел.

Даже в восьмидесятых, когда академик Владимир Александров из Вычислительного центра РАН, таинственно впоследствии исчезнувший в Испании, приехав туда на международную конференцию, объявил о ядерной зиме на основании своих компьютерных вычислений, эти вычисления, как потом оказалось, могли быть и неверны, хотя и другие методики, дававшие другие результаты, ядерную зиму, к сожалению, гарантировали.

С тех пор многое изменилось: возросла скорость суперкомпьютеров, использующихся при таких вычислениях, возросла подробность наблюдений, позволившая выставлять в уравнениях параметры, взятые не с потолка или хотя бы не совсем с потолка. Нашлась наконец замена статистическим методам, которые в нелинейных системах не работают. Основываясь на старых идеях 1950-х годов прошлого века, ученые разработали методику так называемого ансамблевого моделирования, при котором учитываются прошлые ошибки, возникшие из-за несовершенства различных моделей и нашего неполного знания и процессах, происходящих в атмосфере, — иначе говоря, было придумано что-то наподобие искусственного разума, обучающегося на своих ошибках и снижающего неопределенность прогнозов.

Работа по этим направлениям, считают ученые, ведет нас к счастливому будущему. Через десятилетие или немногим больше того, утверждают они, прогресс в компьютинге, наблюдениях и усовершенствовании вычислительных моделей позволит предсказывать погоду с горизонтальным разрешением в один километр и как минимум вдвое улучшит модели, описывающие взаимоотношения атмосферы с земной, морской и океанской поверхностями.