Как готовятся прогнозы погоды, которые мы ежедневно видим на экранах телевизоров или слышим по радио.

Метеорология, а именно так называется наука об атмосфере и прогнозах погоды, — это анахронизм, дошедший до нас со времен Аристотеля, автора «Метеорологики» — трактата о небесных явлениях. В те времена считалось, что на небе все изменения происходят в одной природной сфере, а значит, должны изучаться одной наукой. Аристотель подобрал ей название, исходя из греческого слова ta metewra (ta meteora) — «предметы в воздухе». К ним ученый причислял дожди и кометы, град и метеоры, радуги и полярные сияния, гидрометеоры, то есть «предметы», состоящие из воды или льда. Звезды к метеорологии, по мнению Аристотеля, не относились: они считались тогда неподвижными и неизменными.

В Средние века наука о природе пришла в упадок, объяснение природных явлений стало прерогативой церкви. На тысячу с лишним лет прекратилось всякое движение идей в метеорологии, если не считать фантазий астрологов. Была, правда, еще одна своеобразная форма обобщения метеорологических знаний — народные приметы погоды.

В середине XVII века была сделана первая попытка сравнить одновременно данные из десяти городов. Средства на это выделил герцог Фердинанд Тосканский. Данные этой первой метеорологической сети доставляли на лошадях — медленнее ветра, да и использовать их для составления прогноза еще не умели. В начале XVIII века был предложен первый стандарт для ведения записей о метеонаблюдениях. Их стало легче обрабатывать и создавать архивы — накапливать статистику, а затем пытаться использовать ее для прогноза.

Первые прогнозы

С 1725 года недавно учрежденная Российская Академия наук начала регулярные (дважды, а с 21 марта 1726 года — трижды в день) инструментальные наблюдения температуры воздуха, атмосферного давления, направления и силы ветра, облачности, гидрометеоров, гроз, высоты воды, вскрытия и замерзания Невы с помощью созданной в Санкт-Петербурге городской сети метеорологических станций. Вскоре наблюдательные станции стали появляться и в других частях Российской империи. Россия в то время была одной из немногих стран мира, где система регулярных метеорологических наблюдений, сеть станций и служба погоды создавались на образцовом уровне.

В Европе эта идея получила признание несколько позднее. 14 ноября 1854 года ужасный ураган нанес огромный ущерб англо-французскому флоту, блокировавшему Севастополь. Погибло и получило повреждения множество судов, среди затонувших кораблей был и знаменитый «Черный принц», везший жалование английской армии. Военный министр Франции маршал Вальян, узнав, что этот ураган наблюдался накануне в Средиземноморье, обратился к директору Парижской астрономической обсерватории Урбену Леверье с просьбой изучить вопрос. Тот запросил коллег по всей Европе о погоде, имевшей место с 12 по 14 ноября 1854 года, и получил более 250 ответов. Обработав ответы и проследив путь бури, Леверье представил Наполеону III проект большой метеорологической сети для оповещения моряков о приближении бурь. Спустя три дня Леверье при содействии главного директора почт и телеграфов представил Французской академии карту погоды, отвечавшую состоянию всего на несколько часов назад. Через полтора месяца была организована сеть из 13 регулярно телеграфирующих станций. Через два года телеграммы стали приходить из семи европейских столиц, включая Санкт-Петербург. В 1858 году обсерватория ежедневно печатала международный бюллетень.

Всемирная сеть

Погода на Земле напрямую зависит от Солнца. Его излучение нагревает атмосферу и земную поверхность. Из-за неоднородности свойств поверхности Земли нагрев ее происходит неравномерно, возникают перепады температуры и давления, в результате воздушные массы приходят в движение. Дальше в действие вступает множество сложных механизмов, управляющих эволюцией погоды (причем далеко не все из них изучены).

Наблюдения за текущей погодой — фундамент пирамиды прогноза погоды, который складывается из множества кирпичиков: наземные метеостанции, обычные и специализированные корабли, метеобуи, дрейфующие по просторам океана, самолеты и метеоспутники. Ежедневно в прогностические центры с этих наблюдательных систем поступают измерения различных параметров текущего состояния атмосферы. Погода не знакома с политикой и не имеет границ, поэтому метеорологи постоянно обмениваются наблюдениями за погодой. Это то «сырье», из которого в дальнейшем с помощью компьютеров и прогностических моделей получают так называемый численный прогноз погоды, а уже из него синоптики готовят прогнозы на любой вкус: на завтра (срочные), на неделю (среднесрочные) и месяц (долгосрочные). Работа единой глобальной сети наблюдений за погодой координируется Всемирной метеорологической организацией, в которую сегодня входит 187 стран мира.

Покрытие земной поверхности метеостанциями весьма неоднородно, наибольшее количество станций расположено в густонаселенных Европе, Китае и Северной Америке. Однако не стоит забывать, что 2/3 земной поверхности составляет океан, и здесь имеются лишь островные станции, корабли наблюдения за погодой и буи.

В последнее время большую роль в наблюдениях за погодой играют спутники, использующие различные частотные диапазоны. На основе этой информации восстанавливаются данные о температуре (ИК-диапазон), влажности и ветре на некоторых высотах (доплеровские радары и видимый диапазон). Точность этих данных уступает данным с наземных метеостанций, но зато спутники позволяют получать информацию с больших территорий.

В России сейчас действует больше тысячи только наземных метеостанций, которые каждые три часа отсылают свои данные в территориальные метеоцентры, передают их в Гидрометцентр России — один из мировых метеорологических центров во Всемирной службе погоды (наряду с Мельбурном в южном полушарии и Вашингтоном в западной части северного полушария), который обеспечивает сбор данных по восточной части северного полушария.

Компьютерный прогноз

Сами по себе данные наблюдений — это еще не прогноз. После их обработки (распознавание, раскодирование и первичный контроль) проводится так называемый «объективный анализ». Фактически это формирование массива данных о различных метеорологических параметрах (давление, влажность, температура, скорость ветра, облачность) на разных высотах в узлах регулярной широтно-долготной сетки. Название «объективный» сложилось исторически, оно пришло из времен, когда анализ производился «вручную» и сравнивался с компьютерным (последний и называли «объективным»).

Эта объемная «метеосетка» используется как начальные данные для следующего этапа — подготовки численного прогноза погоды с помощью прогностической модели, сложной компьютерной программы, которая решает систему уравнений, описывающих динамику атмосферы, причем с учетом различных физических эффектов, не наблюдаемых в идеальном газе. В прогностической модели учитываются вращение Земли, сила тяжести, солнечное и отраженное от поверхности Земли излучение, фазовые переходы воды и т. д. Полученные решения уже позволяют прогнозировать, как может повести себя погода в ближайшем будущем.

«Численный прогноз — одна из самых сложных вычислительных задач. Для подобных расчетов любых вычислительных ресурсов всегда мало, — поясняет Дмитрий Киктев, заместитель директора Гидрометцентра РФ. — Со временем модели совершенствуются, мощность компьютеров растет — и качество прогнозов улучшается. Например, сейчас успешность прогнозов погоды на трое суток находится на уровне успешности прогнозов на одни сутки 30 лет назад».

Последнее слово

Однако и численно рассчитанная на компьютере модель поведения погоды тоже еще не полноценный прогноз. Эту модель нужно оценить и интерпретировать, и здесь невозможно обойтись без специалиста-синоптика.

На сегодняшний день прогностические компьютерные модели не способны прогнозировать целый ряд погодных явлений. Это связано с тем, что многие погодные явления (в том числе опасные) имеют локальный характер и сложную природу, описать формально которую в настоящее время почти невозможно. По этой причине туманы, гололед и т. п. прогнозируются в основном специалистами на местах, которые хорошо знают условия их образования и развития в конкретном регионе. Но даже после анализа всей доступной информации последнее слово все равно остается за человеком.

Погода в интернете: маленькие хитрости

При составлении прогнозов погоды для «своей» территории местные специалисты-метеорологи учитывают специфику региона и особенности, влияющие на погоду. Поэтому если вы собираетесь в путешествие, то правильнее всего найти сайт метеослужбы той страны, в которую вы направляетесь.

Всемирная метеорологическая организация (World Meteorological Organization) имеет в интернете специальный ресурс, где выкладываются официальные данные национальных метеослужб различных стран (а также их интернет-адреса). Если вы интересуетесь погодой в России, то прогноз на завтра лучше смотреть на сайте своего регионального управления гидрометеослужбы. Если же вам нужно ознакомиться с прогнозом на неделю — стоит заглянуть на сайт Гидрометцентра России.

Статья «» опубликована в журнале «Популярная механика» (№12, Декабрь 2007).