О предсказуемости атмосферных процессов и форме представления долгосрочных прогнозов

Практическая успешность прогнозирования состояния атмосферы зависит от целого ряда факторов. Важным фактором является полнота и точность начальных данных о текущем состоянии атмосферы и ее подстилающей поверхности (суши, океана). Имеющиеся измерения параметров состояния окружающей среды отрывочны и содержат погрешности, поэтому ошибки содержатся уже в оценке начального состояния атмосферы, с которого стартует прогноз. Эти ошибки имеют тенденцию расти с увеличением периода прогноза. Прогностические методы и технологии также не идеальны. Атмосферные процессы в моделях представлены упрощенно. Некоторые процессы мы пока не до конца понимаем. Но не следует списывать все проблемы долгосрочного прогноза на несовершенство используемых моделей и недостатки их информационного обеспечения. Современные модели общей циркуляции атмосферы успешно воспроизводят многие свойства атмосферы и становятся все более совершенными. На пути к долгосрочному прогнозу есть и другая проблема – проблема предсказуемости (ее известная иллюстрация - "эффект бабочки").

Проблема предсказуемости возникла уже после первых численных экспериментов по моделированию эволюции атмосферы на долгие сроки. Еще в конце 50-х годов было показано, что из-за гидродинамической неустойчивости атмосферы сколь угодно малые ошибки задания начальных данных с течением времени трансформируются в большие, и за пределами примерно двухнедельного временного интервала прогноз оказывается равноценным случайному. Реально практически полезные детализированные по дням прогнозы погоды сегодня можно выпускать на сроки до примерно одной недели. За пределами этих сроков область более-менее уверенного прогноза по дням кончается.

Сказанное не означает, что мы ничего не можем сказать о будущем атмосферы на месяц вперед и далее. Нет, просто долгосрочные прогнозы формулируются в других терминах и требования к ним другие. Объектами долгосрочного прогноза являются не мгновенные значения метеорологических параметров, т.е. не «погода» в определенной точке в определенное время, а атмосферные статистические характеристики для прогностического периода (средние значения, повторяемость появления различных градаций метеорологических параметров и др.). Основным источником долговременной (но также конечной) предсказуемости атмосферы при этом становится влияние медленно меняющихся внешних условий на границах атмосферы – температура поверхности океана, распределение морского льда, влажности почвы и т.д.

Формально ничего не стоит детализировать долгосрочный прогноз хоть по минутам, но эта детализация не будет обеспечена реальными возможностями современных прогностических технологий. Вы знаете, что и на завтра прогноз иногда не оправдывается, т.к. метеорологические процессы могут развиваться быстрее, медленнее или просто иначе, чем прогнозировалось. Что говорить о сезоне... Сегодня долгосрочные прогнозы обычно составляются без детализированной временной разбивки, в форме средних за период (декада, месяц, сезон) аномалий, т.е. отклонений от климатической нормы. Для долгосрочных прогнозов характерна высокая степень неопределенности, поэтому естественно представлять такие прогнозы в вероятностном виде, хотя эта форма пока непривычно для большинства читателей. Пути повышения качества и повышения информативности сезонных прогнозов - область активных исследований. Так, в частности ведется работа по развитию методов прогноза вероятности различного рода экстремальных явлений внутри сезона. Но пока говорить о широком использовании этих методов рано - это дело завтрашнего дня.

Несколько слов о технологиях подготовке модельных долгосрочных прогнозов

Чем больше срок, на который рассчитывается прогноз, тем больше нужно информации для его подготовки. Чтобы рассчитать прогноз на пару дней вперед, надо иметь данные о фактической погоде на территории с масштабами нескольких тысяч километров. А прогноз на неделю и далее требует информации о том, что происходит с погодой на всем земном шаре.

При долгосрочном прогнозе приходится рассматривать практически всю климатическую систему, в которую входят атмосфера, океан и верхний слой суши, и учитывать многочисленные связи между отдельными звеньями этой системы. 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.

Общая тенденция развития прогностических моделей - учет и улучшение представления в них все большего числа физических механизмов. Во многих случаях это требует междисциплинарных исследований (химия атмосферы, взаимодействие растительности с атмосферой, электромагнитные явления в атмосфере и т.д.). Даже для мощных метеорологических центров расчет глобальных долгосрочных прогнозов – сложная задача. Одно из веяний последнего времени – построение совместных прогнозов силами нескольких метеорологических центров из разных стран. Гидрометцентр России - один из активных участников этой деятельности.

На рисунке представлены прогнозы двенадцати центров Всемирной Метеорологической Организации на лето 2012 года:

Источник: Гидрометцентр России