Вероятность правильного прогнозирования погоды значительно увеличилась за последние годы вследствие расширения наблюдательной сети, оснащения ее более совершенными приборами, средствами автоматики, шарами-пилотами, радиозондами, метеорологическими и геофизическими ракетами, лазерными системами для исследования очень высоких слоев атмосферы, а главное - за счет использования так называемых численных методов прогноза, то есть применения к атмосферным процессам уравнений гидромеханики и термодинамики (построения сложных математических моделей движения воздушных масс).
Последнее стало по-настоящему возможным сравнительно недавно, после появления первых электронных вычислительных машин. Образно говоря, появилась возможность не предсказывать, а предвычислять погоду. Большой вклад в разработку и доведение до практической реализации численных методов внесли советские ученые член-корреспондент АН СССР И. А. Кибель, академики Н. Е. Кочин, А. М. Обухов, Г. И. Марчук и американский ученый Дж. Чарни.
Новую страницу в прогнозировании погоды открыли метеорологические спутники (рис. 1). Впервые они были запущены в космос в нашей стране в 1967 году. С тех пор вот уже двадцать лет в Советском Союзе действует космическая система "Метеор", включающая спутники и наземные региональные центры приема информации в Москве, Новосибирске и Хабаровске.
Рис. 1. С космического корабля можно видеть, как закручивает шторм свою гигантскую воронку
Начиная с 1975 года на орбиту регулярно выходят метеоспутники второго поколения "Метеор-2", гораздо совершеннее предыдущих. Они оснащены телевизионными, инфракрасными и актинометрическими системами, которые обеспечивают регулярное получение и распространение информации о распределении облачности, состоянии снежного покрова земного шара, ледовой обстановке на морях, а также о тепловой энергии, отражаемой и излучаемой земной поверхностью и атмосферой. Система из двух спутников, находящихся на круговых околополярных орбитах высотой около 630 км, плоскости которых пересекаются под углом 95°, дает в течение суток информацию с половины поверхности Земли. При этом каждый из районов планеты наблюдается в интервале 6 часов.
Снимки, передаваемые на Землю с метеорологических спутников, огромные спирали циклонов, в которых закручены многоярусные облачные поля - колыбели ураганов, поражают воображение. Нет такой силы, которая могла бы приостановить их развитие. Но если раньше эти аномалии в движении воздушных масс были большей частью для нас полнейшей неожиданностью, внезапно обрушивались на города и села, то теперь метеорологические спутники позволяют следить за движением циклонов и антициклонов, предсказывать многие погодные аномалии, стихийные явления природы.
Словом, с созданием метеоспутников синоптики обрели мощнейшее средство для проникновения в те области "кухни погоды", о которых составители первых прогнозов даже не мечтали.
Итак, процесс составления прогнозов погоды в настоящее время представляет собой четко отлаженную, непрерывно работающую систему взаимодействия человека с самой современной техникой - многочисленными измерительными приборами, разнообразными автоматическими устройствами, быстродействующими ЭВМ, метеоспутниками, высокоскоростной электросвязью и другими системами.
Исторически сложилось так, что в прогнозировании погоды сформировался ряд направлений, связанных со сроком прогноза: краткосрочный, среднесрочный и долгосрочный. Каждый из них опирается на специфическую методику, на использование соответствующего набора исходных метеорологических данных. Так, например, чтобы дать прогноз погоды всего на одни сутки только по Москве, метеорологам нужна детальная информация о состоянии атмосферы в радиусе до 2 тысяч километров, на 3 суток - со всего Северного полушария. Для прогноза до 5 суток требуются данные со всего земного шара. Это обусловлено тем, что "делающие погоду" воздушные массы движутся с весьма большой скоростью, проходя за сутки в среднем расстояние 1,5 тысяч километров, а за неделю - половину полушария.
Необходимую синоптикам для прогнозирования погоды информацию собирают входящие в Глобальную систему наблюдения Всемирной службы погоды (ВСП) 10 тысяч наземных метеорологических станций, 800 аэрологических пунктов радиозондирования атмосферы, около 300 буйковых станций, корабли погоды в Атлантическом и Тихом океанах, торговые морские суда, самолеты гражданской авиации, полярно-орбитальные искусственные спутники Земли и спутники на геостационарных орбитах.
Все материалы метеонаблюдений почти непрерывно поступают по специальным каналам связи в три крупных Мировых метеорологических центра (ММЦ), находящихся в Москве, Вашингтоне, Мельбурне, и в национальные метеорологические центры более 150 стран. Данные наблюдений расшифровываются, проверяются, анализируются, после чего производится расчет прогностических карт полей давления и циркуляции для различных уровней атмосферы на срок до трех дней. На основании прогностических карт с помощью специально разработанных методик составляется прогноз отдельных метеорологических величин (температуры, давления, влажности воздуха, скорости и направления ветра и др.) и атмосферных явлений (тумана, грозы, гололеда, метели и др.). Текст прогноза обсуждается ведущими специалистами, утверждается и распространяется потребителям.
А потребитель, доверившись очередной метеосводке, обещающей хорошую погоду в том или ином регионе, нередко, отправившись в служебную командировку или долгожданный отпуск, мается в аэропорту сутки, двое, а то и трое. Да и сам недавно назначенный на пост директора Гидрометцентра СССР кандидат географических наук А. А. Васильев в интервью корреспонденту газеты "Известия" признался:
"От плохого прогноза я и сам страдаю, как и все. Бывает, поедешь за город отдыхать, а тут как снег на голову ливень. Переживаю, конечно, что неудачно сработали. Хотя и знаю, почему..."
Почему ошибаются "боги погоды"
Почему же все-таки, несмотря на многотысячную сеть расположенных по всему земному шару метеорологических, гидрологических, аэрологических, метеорадиолокационных, морских и океанических, ионосферных, геомагнитных, гелиофизических станций и постов, оснащенных новейшими приборами, средствами автоматики, несмотря на метеоспутники, собирающие огромную синоптическую информацию, несмотря на разработку многочисленных моделей движения атмосферы, прогнозы погоды иногда оказываются неточными, а порою просто ошибочными?
Причин много.
Качество прогнозов погоды зависит в первую очередь от совершенства теории, на которой они базируются, а также от организации и работы целого ряда систем, составляющих службу погоды.
В идеале решить проблему безошибочного предсказания погоды можно было бы, превратив прогноз погоды в расчет погоды, подобно тому, как рассчитываются периоды лунных затмений и долгота дня астрономами. Однако законы движения воздуха и физические процессы, происходящие в атмосфере, к сожалению, намного сложнее законов движения планет. Так, например, чтобы наметить будущую траекторию какого-либо циклона, нужно рассчитать ожидаемые температуру и давление воздуха, ветер, осадки и другие факторы на разных высотах в атмосфере. Между тем в настоящее время метеорологи еще не знают досконально всех соотношений, связывающих между собой огромное число параметров, действующих на отдельно взятый циклон. Кроме того, так как каждый такой объект в процессе формирования перемещается из одних районов в другие, трудно предсказать детали всех явлений, которые он будет испытывать в новом для себя районе. Еще труднее предсказать, где и когда может возникнуть смерч и как он себя поведет. Порой, когда метеорологам приходится иметь дело с такими самыми разрушительными из всех локальных атмосферных явлений, как смерчи и шквалы, их прогнозирование превращается в уравнения, где неизвестных больше, чем самих уравнений.
Основной, главный источник ошибок в прогнозах погоды проистекает из неполного знания физических процессов в атмосфере и невозможности их точного математического описания.
Второй источник ошибок - недостаточное количество наблюдений, метеоданных. Дело в том, что сеть метеостанций, от которых поступает начальная информация, расположена на нашей планете крайне неравномерно (рис. 2). Большую часть информации метеорологи получают с материков. Да и то не отовсюду. Из Южного полушария сведений поступает крайне мало. Экваториальные области, в общем, почти не изучены, так как наблюдения за ними ведутся не систематически. И наконец, самое главное - океан. Здесь рождаются мощные циклоны и антициклоны, которые бессовестно путают карты синоптикам - в прямом и переносном смысле. По сути дела, вся атмосфера над океаном остается вне поля зрения метеорологов. Хотя в Атлантическом и Тихом океанах плавают "корабли погоды", а метеоинформацию поставляют и рейсовые суда, все равно это поистине капля в море - в сущности, две трети поверхности Земли остаются как бы в тени: что на самом деле происходит в океане, в атмосфере, неизвестно.
Рис. 2. Точки показывают, как расположены метеостанции в Северном полушарии. Даже материки по-разному насыщены ими (сравните Евразию и Америку), не говоря уже об океанах. В океанах черными треугольниками обозначены места, откуда уже сейчас могут брать информацию метеоспутники. Как видите, и тут есть пробелы, ибо спутников еще мало
Как редкая рыболовная сеть не задерживает мелкую рыбу, так и редкая сеть станций не улавливает мелкомасштабные процессы атмосферы. А для прогноза погоды важны все атмосферные процессы - от крупномасштабных до локальных.
Перечисляя источники ошибок, приводящие к неточности, к неоправдываемости выдаваемых синоптиками прогнозов погоды, нельзя не отметить еще одно чрезвычайно важное обстоятельство.
Нередко из уст синоптиков можно услышать: "Ах, если бы у нас была целая вечность для того, чтобы составить прогноз погоды на завтра, этот прогноз был бы великолепен..."