Прогноз погоды: методы и средства¶

Прогноз погоды — это научное предсказание состояния атмосферы в определённой точке земной поверхности на заданный интервал времени в будущем. Прогнозы погоды составляются метеорологическими службами и публикуются в различных форматах: синоптические карты, текстовые сводки, температурные шкалы, карты осадков, предупреждения о неблагоприятных явлениях. Срок прогноза — от нескольких часов до десяти суток и более; точность существенно убывает с увеличением горизонта предсказания.

¶Методы прогнозирования

¶Синоптический метод

Основой краткосрочного прогноза (до 3 суток) остаётся синоптический анализ — изучение карт атмосферного давления, фронтов, воздушных течений и облачности. Синоптик выявляет закономерности движения циклонов и антициклонов и экстраполирует их траектории. Метод был разработан в конце XIX — начале XX века и остаётся незаменимым для оценки достоверности автоматических расчётов.

¶Численное моделирование

С середины XX века прогноз строится на основе численных моделей атмосферы — систем дифференциальных уравнений, описывающих перенос тепла, влаги и движения воздуха. Современные глобальные модели (например, GFS Национальной службы погоды США, ECMWF Европейского центра среднесрочных прогнозов, Гидрометцентр России) разрешают атмосферу на сетках с шагом от 1 до 25 км и выдают прогноз на 10 суток. Чем меньше шаг сетки, тем точнее учитываются рельеф, морские течения и локальные явления.

¶Статистические и машинные методы

Дополняют физическое моделирование статистические методы: аналоги (подбор прошлых синоптических ситуаций, похожих на текущую), регрессионные модели и методы машинного обучения. Нейросетевые модели, обученные на многолетних наблюдениях, способны уточнять выход численных моделей и предсказывать локальные явления — грозы, туманы, гололёд.

¶Сроки прогноза и их точность

Прогноз на выходные дни, включая субботу, обычно относится к категории «среднесрочных» и опирается на численные модели, уточнённые синоптиком. Достоверность прогноза на 3–5 суток в умеренных широтах составляет около 85–90 % по температуре и 70–80 % по осадкам.

¶Метеорологические службы России

Гидрометцентр России (Гидрометцентр СССР основан в 1921 году) — головная организация по прогнозу погоды в стране. Он выпускает прогнозы для всех регионов, предупреждения о штормах, наводнениях, сильных морозах и жаре. Региональные центры и местные метеостанции (в России их более 5000) передают наблюдения в единую систему.

Прогнозы также публикуются в приложениях и на сайтах: Яндекс.Погода, Синоптик, Gismeteo, агрегирующие данные Гидрометцентра и зарубежных моделей. Для конкретного города и дня (например, субботы) обычно приводятся: температура воздуха, ветер, атмосферное давление, влажность, вероятность осадков и характер облачности.

¶Что означают прогнозируемые величины

• Температура воздуха — измеряется в градусах Цельсия, прогнозируется как среднесуточная, максимальная и минимальная.
• Ветер — характеризуется скоростью (м/с или км/ч) и направлением; штормовое предупреждение выдаётся при порывах свыше 15–20 м/с.
• Атмосферное давление — в мм рт. ст. или гПа; резкое падение предвещает ухудшение погоды.
• Осадки — дождь, снег, град; вероятность указывается в процентах.
• Влажность воздуха — при высокой влажности жара переносится тяжелее, при низкой — быстрее испаряется влага.

¶Ограничения прогноза

Атмосфера — хаотическая система: малое изменение начальных условий через несколько суток приводит к существенному расхождению прогноза (эффект бабочки). Поэтому даже лучшие модели дают ошибки, а прогноз на две недели носит вероятностный характер. Метеорологи указывают диапазоны («от +18 до +23 °C») и вероятности («осадки 60 %»), а не точные значения.

Источники:

• Гидрометцентр России — официальный сайт и методические материалы
• Всемирная метеорологическая организация (ВМО) — справочники по прогнозу погоды
• Энциклопедия Britannica: Weather forecasting
• Доклады Гидрометцентра о развитии численных моделей атмосферы