С чего начинается ваше утро, помимо чашечки ароматного кофе, новостей по телевизору, шкворчащей яичницы или стремительных сборов? Наверняка многие смотрят прогноз погоды, чтобы не оказаться под дождем без зонта или не задыхаться в пальто, когда первые весенние лучи уже прогрели землю. Прогноз погоды – таинственная вещь, изучением которой занимаются метеорологи и климатологи. О том, что такое погода в научном контексте и как ее прогнозируют, читайте в нашем материале.
Что такое погода?
С помощью погоды специалисты описывают состояние атмосферы в конкретном месте в определенный момент или интервал времени. На нее оказывает влияние множество факторов: динамика атмосферы, физико-химические процессы, взаимодействие атмосферы с поверхностью Земли и с космическим пространством, а также с процессами, определяемыми собственной внутренней энергетикой атмосферы и поверхности Земли. Тем временем совокупность погодных условий, объединенных в более длительные временные периоды, специалисты называют климатом.
Как создают прогноз погоды?
Все мы знакомы с понятием «прогноз погоды», который, как показывает практика, не так уж просто угадать. Все дело в том, что на погоду влияет множество показателей, да и сам прогноз состоит из нескольких пунктов: температура, атмосферное давление, облачность, количество осадков, водяного пара, направление и сила ветра. Чтобы рассчитать все эти показатели, необходимо составить уравнения движения, состояния газов, переноса влажности, сохранения массы. Учитывая показатели состояния атмосферы в данный момент, синоптики могут рассчитать значения будущих показателей и сделать прогноз, который бывает разным в зависимости от заблаговременности периода.
Какими бывают прогнозы погоды?
Самый долгий прогноз – это прогноз климата. Его дают на будущее с учетом антропогенных факторов, которые могут значительно изменить погодные условия. Долгосрочность такого прогноза может колебаться от десятилетий до двух лет в зависимости от того, какую цель преследуют синоптики. Долгосрочными (ДПП) считаются прогнозы, сделанные на период от месяца до двух лет. Часто такие прогнозы даются посезонно и дают лишь усредненные показатели метеорологических параметров. Прогноз погоды с расширенным сроком действует от 10 до 30 дней. Среднесрочный прогноз (СПП) – от 3 до 10 дней (по сути, прогноз на предстоящую неделю). Краткосрочный прогноз погоды (КПП) дается на промежуток от 12 часов до трех дней (предупреждения МЧС, приходящие в виде смс, вполне подходят под это описание). Более оперативные погодные сводки – это сверхкраткосрочные прогнозы и наукастинг. В первом случае прогноз дается на период до 12 часов, а во втором – текущий прогноз погоды, или то, что может произойти в течение ближайших двух часов (полезно при наблюдении за аномальными погодными явлениями: ураганами и прочим).
Эволюция погодных предсказаний
Сегодня прогнозы делают вычислительные машины и суперкомпьютеры, однако погода интересовала и наших предков задолго до появления технологий. От погодных условий зависел урожай и время посева. Отсюда зародилось множество народных примет, связанных с погодой и построенных на долговременных наблюдениях. В средние века прогнозом погоды интересовались не только крестьяне, но и моряки. Ведь от погодных условий зависела их жизнь.
Первые попытки
В 1854 г. в Великобритании как ведущей морской державе своего времени появился первый Метеорологический департамент, учрежденный Торговым советом Английского королевского общества. Отдел возглавил Роберт Фицрой – один из первых метеорологов Великобритании. 1 августа 1861 г. опубликовали первый прогноз погоды. До высокоточного ему было еще далеко, но начался важный этап в работе с погодными условиями – сбор данных о текущем состоянии атмосферы. В Европе создали 24 метеостанции, которые телеграфировали друг другу и обменивались данными. Появились первые погодные карты: точками отмечали уровень давления, одинаковые отметки соединяли линиями. Так были очерчены первые изображения циклонов и антициклонов.
Участие математиков
В XIX в. к погодному вопросу подключаются математики, развиваются и такие направления физики, как термо- и гидродинамика. Американский метеоролог Кливленд Эббе в 1901 г. публикует работу The physical basis of long-range weather forecasting, где ученый предлагает делать прогнозы на основе численных методов. Спустя три года Вильгельм Бьеркнес разделяет погодное предсказание на два важных шага: диагностику текущего состояния и сам прогноз (The problem of weather forecasting as a problem in mechanics and physics, 1904). Он же выделяет основные параметры описания атмосферы, которые сегодня кажутся нам очевидными: давление, температура, плотность, влажность и компоненты скорости воздушных потоков. А затем составляет первые уравнения для каждого из показателей.
Следующий шаг в исследовании погоды сделал Льюис Фрай Ричардсон, применив численные методы для уравнений Бьеркнеса. Weather Prediction by Numerical Process, опубликованная в 1922 г., вдохновила многих исследователей на изучение и прогнозирование природных явлений. Однако в расчетах Ричардсона оказался существенный просчет: показав миру одну из первых формул по прогнозу погоды, он пришел через нее к совершенно невероятному результату – скачку давления за 6 часов с разницей в 14.5 кПа. Конечно, этого не должно было произойти и не произошло. Через год ученые выяснили, что сам алгоритм Ричардсон прописал правильно, а вот начальные данные были ошибочными. Этот случай заинтересовал математиков, и началась активная работа, которая сегодня превратилась в современные машинные вычисления.
Новые технологии
В 1946 г. Джон фон Нейман и Джул Чарни вернулись к идеям Ричардсона, но уже в новых инновационных условиях (появились первые компьютеры). На базе Принстонского университета они запустили проект, в ходе которого создали первую машину по вычислению прогнозов погоды. В 1950 г. она дала свое первое математическое предсказание.
Следом в научное поле погодных условий вступили немецкие ученые. В 1951 г. Карл-Хайнц Хинкельман разобрал актуальные ограничения и решил их путем интеграции примитивных уравнений. Спустя пять лет климатолог Дэвид Филлипс подробно изучает возможные модели атмосферы и делит атмосферное пространство на прямоугольники. Его циркулярные модели – основа формирования современных прогнозов погоды краткосрочного и долгосрочного прогнозов погоды.
Погодные приметы
Несмотря на то, что сегодня погоду вычисляют сложные устройства, ученые пользуются некоторыми погодными приметами. Конечно, они совсем не похожи на те приметы, которых придерживались наши предки, чтобы урожай взошел богатым. Современные научные «приметы» выглядят как выверенные закономерности.
Погода будет меняться, если ночью слишком высокая температура, понизилось давление, облака движутся врозь, быстро образуются кучевые облака, кучевые и слоистые облака становятся ниже, есть гало вокруг Солнца или Луны и др.
Будет долгий дождь или другие осадки, если при юго-восточном и северо-восточном ветрах падает давление, при неустойчивой погоде дует южный ветер и падает давление (северное полушарие).
Погода будет ясной, если давление поднимается, ветер меняется на западный или северо-западный, температура падает, облачность уменьшается после 16:00, утренний туман проходит спустя два часа после восхода солнца и др.
Хороший признак ясного дня – красный закат. Кстати, на этом основывается и одна из народных примет. Моряки до сих пор говорят: «Солнце красно поутру – моряку не по нутру, солнце красно к вечеру – моряку бояться нечего». Погода и сегодня волнует каждого и ученого, и моряка, и желающего выйти на улицу после долго дня в офисе. Однако прогноз погоды – это лишь малая часть того, что изучают климатологи и метеорологи. Этот месяц мы посвятим климату и его трансформациям. Читайте больше интересных материалов на тему климата на портале «Научная Россия».
Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)
Обозрение "Terra & Comp".
