Метеорологический прогноз

Содержание. Введение 3 Служба погоды 4 Синоптический анализ и прогноз 6 Прогнозирование текущей погоды 9 Долгосрочные прогнозы 10 Предсказание в масштабах от сезона до межгодового 11 Перспективная оценка будущего климата 12 Многоходовая метеоклиматическая программа 13 Заключение 14 Литература 15 Введение. Национальные м етеорологические и гидрологические службы выпуск ают еже годно десятки миллионов прогнозов пог оды . Огромный опыт вместе с надежным ком п лектом данных об оценке точности , означа ет , что во многих случаях неопределен ность в прогн о зах погоды хорошо известна , а во м ногих случаях хорошо объяснима . Так , например , улучшенное предсказание путей движения троп ических циклонов по зволило сберечь множество жизней во всех бассейнах , находящи хся под угрозой этих циклонов . За п о следние несколько де сятилетий благодаря улучшенным средствам на блюде ний , возраст а ющем у научному пониманию и более современным и сложным численным моделям , во с приятие населением прогнози рования погоды постепенно сме нило сь от прогнозов , кот о рые сообщество воспринимало таким образом , чт о они всегда неправильны , на идею о то м , что прогнозы , предположительно , правильны . В самом деле , прогнозы на трое суток дл я приземного давления настолько же хороши , как про гнозы на сутки , которые выдав а лись 20 лет наз ад , что является величайшим научным достижени ем . Несмотря на эти успехи , в прогнозах еще остается некая неопределен ность ; и сто процентный успех не б у дет достигнут никогда в жизни . Изменение атмосферы , а отсюда и погод ы , определяют динамические и физиче ские процессы , протекающие в атмосфере , а также взаимодействия с примыкающей средой (наприме р , поверхности суши , океана и льда ). Научно обоснованные прогнозы погоды возможны лишь в случае , если процессы достаточно понят н ы , а текущее состояние атм о сферы достаточно известно , для подготовки прогнозов будущих со стоя ний . Прогнозы п о годы подготавливаются с использованием в основном систематического подхода , вкл ю чающегося наблюдения и усвоение данных , процесс понимания , предск а зания и распр о странения , каждой из этих компонент используются достижения науки и техники За последние несколько десятилетий , благодаря значительным достижениям в науке , появились улучшенные и более эффективные методы для проведения наблюдений и сво е временного сбора дан ных от большого ряда источников , включающих радиолокаторы и спутники . Использование данных этих наблюдений в научно обоснованных ме тодах пр и вело к значительному повышению качества прогнозов погоды , и в результате этого люди во всем мире стали полагаться на прогноз ы погоды в качестве ценного вклада во многие процессы принятия решений . Наиболее емкий сектор потребления специал изированной гидрометинформации с о ставляет авиация . Динамично разви вается гидрометинформация морских отраслей , увел и чиваются объ емы обслуживания морских грузовых и пассажирс ких перевозок . Традиц и онно большим спросом пользуется гидр ометинформация в аграрном секторе и дорожном хозяйстве . Предприятиям агропромышленного компле кса выдается специализированная информация, позволяющая выбрать оптимальные сроки посева и уборки сельскохозя й ственных культур , структуру посевных площ адей , а также провести ряд других меропри я тий , способствующ их повышению урожайности . Гидрометинформация , пред оставляемая дорожным службам , обеспечив ает оптимальное распределение сил и средств пр и эксплу а тации дорог , способствует снижению аварийности . На основании полученной гидром е тинформации , предприятия коммунальног о хозяйства обеспечивают бесперебойную раб о ту городского тра нспорта , выбирают наиболе е экономичный ре жим теплоснабжения зд а ний . Экспертные оценки показывают , что использование специализированной гидром е тинформации при прин ятии хозяйственных решений позволяют снизить ущербы , связа н ные с погодными явлениями . Наибольшим спросом пользуются про гнозы погоды на 1-3 суток и первичная информация . Все более востребов анной становится климатическая и н формация . Повышается интерес к информации о загрязнении природной сре ды и гидрол о г ической информации . Совершенствуются формы и методы предоставления инфор мации потребителя м . Внедряются новые технологии обслуживания п отребителей , например , с применением сети Шегп ес или через операторов мобильной связи. Служба погоды. Непрерывно происходящие изменения в состоянии погоды связаны в первую оч е редь с проце ссами общей циркуляции атмосферы . Смена дня и ночи вносит в погоду д о статочно простые и регулярные изменения в виде суточного хо да метеорологических эл е ментов или в виде смены бризов и т . п . Но резкие и нерегулярные изм енения , гораздо б о лее характерные для пого ды , являют ся результатом смены воздушных масс , прохожде ния разделяющих их фронтов , перемещения и эволюции циклонов и антициклонов . В троп и ках эти изменения значительно меньше , чем во внутритропических широтах , потому что условия атмосферной ц иркуляции там более устойчивы и циклони ческая деятельность слабее . В связи с тако й обусловленностью изменений погоды , в течени е последнего ст о летия возникла так называемая служба погоды . В задач и ее входит своевременная и н формация населения , админист ративных и хозяйств енных организаций о существующих условиях погоды и предсказание условий погоды на будущее время. Материальная база службы погоды состоит , во-первых , из сети синоптических ста н ций , т . е . метеоро логических станций , срочно передающих свои од новременные наблюд е ния в центры службы погоды . До 1920-х годов почти единственным средством связи при этом служил телеграф ; в настоящее в ремя основное значение для службы погоды имеет радиосвязь . С помощью радиосвязи удалос ь распространить действие службы погоды факти чески на весь Земной шар . Однако до сих пор многие районы охвачены ею ещ е н е удовлетворите льно , в особенности океанические районы южног о полушария. В подавляющем большинстве государств мира существуют центральные , а в бол ь ших странах также и областные учреждения службы погоды ; чаще всего их называют б ю ро погоды . Небольшие учреждения такого рода существуют также при аэропорта х , в мо р ских портах и т . д . Служба погоды России возглавляется Гидрометеорологическим це н тром России в Мо скве. Современные метеорологические т ехнологии , а также исследования и практически е методы климатологии включают в свой арс енал обработку спутниковой информации (д е текция протон-электронны х околоземных облаков – т.н . «солнечного ветра» , вызывающ е го явления «северного сияния» в полярных широ тах ; оптическое – от инфракрасного до ультрафиолетового , - и широкодиапазонное ради осканирование атмосферы и поверхности Земли ), обработку информации от маловысотных (до гран иц стратосферы : 50-80 к м ) пр и вязных и дрейфующих радиозондов , оптических и акустич еских аппаратов (на метеош а рах и стратостатах ), инфо рмации от специальных авиасредств (бортовая и наземная обр а ботка ) и одноразовых метеоракет , а так же информации от наземных средств оптического , акустического и радионаблюдения . Наземная сеть метеонаблюде ний образов ана системой национальных и междунаро д ных метеопостов , обо рудованных , в том числе , специальными радиофиз ическими приб о рам и наблюдения и средствами компьютерной обрабо тки метеоданных . Основным исто ч ником информации о состоянии атмосферы , как и по лвека назад , явля ются наземные (с и ноптические ) метеостанции — их сейчас около 10 000 в мире , 8 500 на Северном полуш а рии ; и станции аэ рологические : 600 и 500, соответственно ; имеется тенденци я к уменьш е ни ю ). Покрытие данными весьма неоднородно : террит ория Европы , Китая и Сев . Америки в наилучшем положении . 2/3 земной поверхности состав ляет океан . Здесь имеется лишь несколько о стровных станций и кораблей погоды . Обычные корабли часто измеряют и передают данные о температуре , давлении и ветре . Эта час ть набл ю дений называется ко н венциональными . Наиб ольший объем наблюдений и , соответственно , бол ьшая часть метеоданных и значительная часть долговременных климатических параметров относят ся к оперативной характеристике состояния бли жней атмосферы : темпера туре , давлению , влаж ности , гр а диенту смещения воздушных масс , наличию и динами ке турбулентностей /вихрей и во з душных неоднородностей-«линз» . Значительная часть радионаблюдений выполняется в ДВ-УКВ - диапаз оне ; эти наблюдения относятся к локальной оценке вла жности в атм о сфере , к состоянию облач ности (по наличию «окон» в облачных слоях ) и составу облаков (дождь-снег-град ), к набл юдениям пылевых и вихревых (опасность торнадо ) концентр а ций , к динамике смещения воздушных потоков на разных высотах (пеленгом радиоз ондов и наблюдением за дрейфом радио-контрастирующих веществ , специально распыляемых в атмосфере н а заданных высотах ) и т.д . Радиофизические принципы наблюдения перечи с ленных метеофеноменов основаны на разнице измеримых значений электрической (или магнитно й ) проницаемости среды , на измен ении уровня калиброванных сигналов в направле нии объекта – на эффектах прямого отраже ния , поглощения и вторичного отр а жения от ионосферы , на измерении собственной электрической активности (фон ) мете о ролог ических неоднороднос тей , фазовых сдвигов эталонных сигналов при отражении , на использо вании допплеровского эффекта и т.п . Штатные наземные метеопосты по необх о димости оборудованы радиоср едствами , - в том числе мегаапертурными – с большой б а з ой , специализированными антенными ( антенно-фидерн ыми ) комплексами для изотро п ной и направленной детекции с игналов ДВ-УКВ - диа пазонов . В рамках Всемирной службы пог оды особое внимание уделяется организации наб людений с метеорологических спутников . Данные со спутников NASA позволяют сд е лат ь метеорологические прогно зы более точными . Информация с них будет использоват ь ся для составления трехсуточных прогнозов погод ы на прибрежные зоны США с прим е нением синоптических моделей и данных с метеостанций , расположен ных в открытом море . Система выдае т трехмерную модель состояния поверхности океана с параметрами температуры , солености и те чений . При этом используются данные сенсора Quikscat со спутника N А SА SeaWinds; уровень океанских вод с уче том высоты волн ; а также темп е ратура поверхностного слоя ок еана . В периоды значительного обла чного покрытия предусмотрено выполнение аэросъем ки с применением различных сенсоров и нос ителей , которые имеются в распоряжении ВМС США . Полученные таким образом данные и с пользуются для со здания пространственных синоптиче ских моделе й , которые будут пр и меняться для оперативного составления метеосводок и их оперативной корректировки , а также для планирования наблюдений на морских и наземных метеостанциях. Измеряя с помощью бортовой ап паратуры спутника пара метры излучения те пла ра з личных слоев атмосферы , можно получить богатый мат ериал для изучения происходящих в ней про цессов . Кроме того , спутник может служить хорошим сред ством для сбора и н формации с наземных мете орологических пунктов , разбросанных по всему земному шару . За время од ного оборота вокруг Земли спутник собирает данные , котор ые в 100 раз пр е вышают инфо рмацию , поступающую со всех метео рологических станций , и , кроме того , дает сведения о погоде на той части поверхности земного шара , которая является «бе лым пятно м » для метеорологов . Качество этих данных в настоящее время уступает аэролог и ческим данным , однако пр огресс в этом направлении имеется . Поскольку таких данных много , несколько близких наб людений осредняются в одно . Покрытие спутнико выми данными более однор одно . Между ош ибками наблюдений с одного участка орбиты им е ется сильна я коррелляция . Эти наблюдени называются некон венциональными . Они наиболее важны там , где нет аэрологических станций . Обнаружение та йфунов и ураганов с помощью спутников ста ло обычным явлением . Так были обнаружены ураганы «Бэтси» , «Эстер» , тайфуны «Ненси» , «Памела» , которые наносят ог ромные убытки хо зяйству . Например , ураган «Агнес» , обрушив шийся на в о сточную часть США 20 — 23 июня 1972 г ., унес 118 ж изней , а причиненный им мат ер и альный ущерб оценива ется в три с лишним миллиарда долларов . Объем осадков , выпав ших на сушу во вре мя урагана , составил около 100 куб . км . Гидрометцентром России разработана и реализована компьютерная программа на ос нове глобальной модели атмосферы . Эт а модель представляет собой неоднородную се т ку со сгущением в нижних слоях , около поверхности земли . С ее помощью можно рассч и тать погоду через промежуток в 6 часов ; заблаговременность прогнозов от 12 до 240 ч . В параметры модели входят следующие метеороло гический элементы : • давления на уровне моря (p 0 , мбар ); • температура воздуха (T,°С ); • относительной влажности воздуха (R, %); • зональная и меридиональная составляющие скорости ветра (V, м /с ); • аналог вертикальной скорости (гПа /12ч ); • среднее количес тво осадков (мм /12 ч ); рис .1 Синоптич еский анализ и прогноз. Метеорологически е сведения передаются со станций в центры службы погоды з а шифрованные с помощью особых цифровы х кодов . Сроки и волны радиопередач соглас о ваны в международном порядке . В учреждениях службы погоды эти сведения наносятся цифрами и условными знаками на синоптические карты погоды . Такие карты составляю т ся 4 раза в сутки и чаще , за каждый срок наблюдени й на станциях . В настоящее время , когда синоптические карты , на которые наносятся данные тысяч станций , могут охватывать все полушарие и даже весь Земной шар и когда , кроме призе м ных карт , составляются также и высотные карты (бариче ской топографии и др .) , объем этой систематизированной информации об атмосферных ус ловиях очень велик . В целях экономии усили й и средств в последнее время переходят на централизованную систему составления и анализа синоптических карт в немногих центрах , откуда карты распростр а н яются путем факсимильной пер едачи по проводам или по радио в орга ны службы пог о ды на местах . Прием синоптических карт по радио возможен и в воздухе , и на судах в о т крытом океане . Приземные синоптические карты . На территории США каждый час (в не которых с транах – реже ) проводятся на блюдения за погодой . Характеризуется облачность (пло т ность , высо та и вид ); снимаются показания барометров , к которым вводятся поправки для приведения полученных величин к уровню моря ; фиксируют ся направление и скорость ветра ; из мер яются количество жидких или твердых осадков и температура воздуха и по ч вы (в срок наблюдения , максимальная и минимальная ); определяется влажн ость воздуха ; тщательно фиксируются условия в идимости и все прочие атмосферные явления (напр и мер , гроза , туман , дымка и т.п .). Каждый набл юдатель затем кодирует и передает информацию по Международному метеорологическому коду . П оскольку эта процедура стандартизирована Всемирн ой м е теоролог ической организацией , такие данные могут быть легко расшифрованы в любом районе мира . Кодирование занимает около 20 минут , после чего сообщения передаются в центры сбора информации и происходит международный обмен данными . Затем резул ь таты наблюдений (в виде цифр и условных знаков ) наносятся на контурную карту , на к о торой точками ука заны метеорологическ ие станции . Таким образом , синоптик получает представление о погодных условиях в предел ах крупного географического региона . О б щая картина стан овится еще более наглядной после соединения точек , в которых зафи к сировано одинаковое давление , плавными сплошными линиями – изобарам и и нанесения границ между разными воздуш ными массами (атмосферных фронтов ). Выделяются также районы с высоким или низким давлением . Карта станет еще более в ыразительной , если закрасить или заштриховать территории , на д которыми в момент наб людений выпадали осадки . Синоптические карты приземного слоя атмос феры являются одним из основных и н струментов прогноза погоды . Специалист , разрабатывающий прогноз , сравни вает серии синоптических карт на разные м оменты наблюдений и изучает динамику ба рических с и стем , отмечая изменения температуры и влажности внутри воздушных масс по мере их перем ещения над различными типами подстилающей пов ерхности . Высотные синоптические карты . Облака перемещаются воздушными течен иями обычно на зна чительных высотах н ад земной поверхностью . Поэтому для метеороло га важно располагать надежными данными для многих уровней атмосферы . На основании данн ых , полученных при помощи метеозондов , самолет ов и спутников , составляются ка р ты погоды для пяти в ысотных уровней . Эти карты передаются в синоптические центры . Анализ синоптических карт (и разных др угих вспомогательных материалов , как аэрологическ ие диаграммы , вертикальные разрезы и пр .) с остоит в следующем . По свед е ниям , нанесенным на карт у , устанавливается фактическое состояние атм осферы в момент наблюдений : распределение и характер воздушных масс и фронтов , располож ение и сво й ст ва атмосферных возмущений , а , кроме того , р асположение и характер облачности и осадков , распределение температуры и пр . в связи с э тими условиями атмосферной ци р куляции . Между п рочим , атмосферные возмущения , фронты и воздуш ные массы , изуча е мые с помощью синоптических карт , назы ваются синоптическими объектами . Составляя карты от срока к сроку , можно следить по ним за изменениями состоя ния атмосферы , в частности за перемещением и эволюцией атмосферных возмущений , перемещением , трансформац ией и взаимодействием воздушных масс и пр . Представление атмосферных условий на синопт ических картах дает удобную возможность и для информации о состо я н ии погоды . Как же делается численный про гноз ? Коротко опишем алгоритм прогноза : 1. Измере нные данные контролируются : а ) отбрасываются чрезмерно большие или малые значения (наприме р , ветер со скоростью 200 м /сек , отрицательны й угол его направления , отрицательная вл ажность и т.п .); б ) значения сравниваются с результатом в предыдущий момент измерения в этом месте и в тот же момент , но в ближайших точках измерения ; в ) прове ряется выполнение некоторых соотношений , — н апример , температура и высота как ф ункции давления как независимого переменн ого связаны уравнением гидростатики ; г ) значения не должны слишком (конкретные значения оценив аются статистически ) о т клоняться от значений предыдущего пр огноза на срок измерения . Программа комплексн о го контроля про веряет неувязки во всех частных ко нтролях , а затем принимает решение об ошиб очности или верности данного измерения . Системы усвоен ия метеорологической информации используют разно образные да н ные от самых разнообразных наблюдательных прибор ов и должны быстро их про верить и согласовать между собой . 2. Проконтролированные данные интерполируются в правильную сетку точек на п о верхности Земли (или ее части , если прогноз предполагается дав ать региональный , а не глобальный ). При этой интерполяции следует учесть статистические характеристики как реаль ных метео рологических полей , так и полей предыдущего прогноза на момент данн о го объект ивного анализа — так по традиции называю т задачу интерполяции . 3. Данные в геометрически правил ьной сетке используются в качестве начальных для системы уравнений в частных производ ных , описывающих динамику атмосферы . Это уравн ения газовой динамики , в которые добавлены различные физические эффекты , не наблюдаемые в идеальном газе . Учитывается в ра щение Земли , ускорение силы тяжести , солнечная и отраженная от поверхности Земли радиац ия , фазовые переходы воды и т.д . Главная и более трудная задач а состоит в прогнозе ожидаемых изменений погоды , прежде всего на короткий срок впер ед (на 1-2 суток ). Кр атко можно сказать , что эта зад а ча сводится , во-первых , к определению , к ак в следующие несколько десятков часов д ол ж ны будут п ереместиться и измениться синоптические объекты - атмосферные возмущ е ния , фронты и воздушные массы . Это так называемый прогноз син оптического полож е ния . Затем делают з аключения о том , как в связи с этими перемещениями и изменениями должны меняться условия погоды в рассматриваемом районе . Именно последнее нужно потребителю прогно зов . При прогнозе синоптического п о ложения приходится п ользоваться , прежде всего , экстраполяцией во в ремени , т . е . пре д полагать , что на некоторый промежуток времени атмосферные процессы будут происх о дить с теми же скоростями или ускорениями , с какими происх одили до сих пор . Это , к о нечно , грубый прием , могу щий привести к большим ошибкам , но в большинстве случаев применяемый с достаточны м успехом . Он уточняется с помощью использ ования тех св я зей между атмосферными процессами , которы е установлены эмпирически за много лет ан ализа синоптических карт или которые выте кают из законов динамики и термодинам и ки атмосферы . Связи эти применяются преимущественно качестве нно , что более или м е нее обеспечивает правильный прогноз направления процесса , но может приводить к ошибкам в определении темпа и интенсивно сти процессов. О п огоде , связанной с будущим положением и свойствами возмущений , масс и фронтов , судят по фактическим свойствам эти х синоптических объектов , учитывая опять-таки возможное изменение этих свойств. При всей простоте приемов синоптического анализа их применение представляет соб ой нелегкую задачу и требует большого пра ктического опыта у прогнозиста (синопт и ка ). От ошибок , ин огда даже грубых , современные краткосрочные п рогнозы погоды не свободны . Однако , в обще м качество прогнозов оказывается удовлетворитель ным для многих потребностей практики , в особенности для обеспечения действий авиации . Без р е гулярн ого синоптического обслуживания современная авиа ция работать не может . Есть и ряд друг их областей хозяйства , для которых получение прогнозов погоды необходимо . Средс тва , затрачиваемые на службу погоды , во много раз перекрываются теми выгодами , которые он а приносит. Идеальный прогноз должен оправдываться по всем параметрам . Установить прич и ну ошибок в прогнозе сложно . Метеорологи считают прогноз оправдавшим ся , если его ошибка меньше , чем предс казание погоды с применением одного из дв ух методов , не тр е бующих специальных познаний в области метеорологии . Первый из них , называющийся ин ерционным , допускает , что характер погоды не изменится . Второй метод исходит из того , что характеристики погоды будут соответс твовать средним месячным на данное число . Продолжительность срока , в течение которо го прогноз оправдывается (т.е . дает лучший результат , чем один из двух названных подх одов ), зависит не только от качества наблю дений , ма тематического аппарата , вычислительно й техники , но также и от масшт а ба прогнозируемого м етеорологического явления . Вообще говоря , чем крупнее явление погоды , тем на более длите льный срок его можно прогнозировать . Например , часто ст е пен ь развития и пути дви жения циклонов можно прогнозировать на несколько дней вп е ред , но повед ение конкретного кучевого облака может быть предсказано не более чем на ближайший час . Эти ограничения , по-видимому , обусловлены особенностями атмосферы и не могут быть пока преодолены с помощью более тщате льных наблюдений или более точных уравнений . Атмосферные процессы развиваются хаотически . Это означает , что для прогноза различных явлений в разном пространственно-временном м асштабе необходимы разные подходы , в частност и , для прогноза поведения крупных циклон ов умеренных широт и л о кальных сильных гроз , а также для долгосрочных прогнозов . Например , прогноз давления воздуха на сутки в приземном слое является почти таким же точным , ка к измерения с п о мощью метеозондов , по которым его пров е ряли . И наоборот , трудно дать детальн ый тре х часовой прогноз перемещения линии шквалов – полос ы интенсивных осадков перед х о лодным фронтом и в ц елом параллельно ему , в пределах которой м огут зарождаться смерчи . Метеорологи пока мог ут только предварительно в ыделять обширны е районы во з м ожного возникновения линий шквалов . Когда они зафиксированы на космическом сни м ке или при помощи ра диолокатора , их продвижение можно экстраполироват ь только на один-два часа , и поэтому ва жно своевременно довести сводку погоды до населения . Пре д сказание неблагоприятных кратковременных мет еорологических явлений (шквалов , града , смерчей и пр .) называется срочным прогнозом . Разраба тываются компьютерные методики прогнозирования э тих опасных явлений погоды . Возможности улучшения прогн озов погод ы в настоящее время видят в изыскании и введении в службу погоды вычислительных методов прогноза . Такие методы сводятся к численному интегрированию по времени (с п омощью электронных вычислительных м а шин ) уравнений динамики и термодинамики атмосфе ры , в которые подставляются начальные значения атмосферных усл овий в ряде точек , взятые из наблюдений . Работа в этом направлении ведется очень интенсивно . Правда , разработанные до сих пор методы , относятся преимущественно лишь к предвычислению барическог о поля . Переход от бар и ческо го поля к погоде приходится производить е ще прежними , качественными способами . Даже в предвычислении барического поля пока не до стигнуто решающих практических успехов : удачность прогнозов остается того же порядка , что и удачность прогнозов обы ч ными синоптическими методам и . Объясняется это исключительной сложностью атм о сферных проце ссов для математической формулировки задачи . Состояние атмосферы и закономерности атмо сферных процессов в вычислительных схемах при ходится упрощать , чт о , конечно , отражается на соответствии результатов в ы числения действительности . О днако можно надеяться , что в недалеком буд ущем задача вычислительного прогноза , и не только для барического поля , будет решена с точностью , удовлетворяющей потребностям практ и ки. Прогнозирование текущей погоды. Прогнозирование текущей погоды : прогнозы в пределах от 0 и вплоть до 6-12 часов основываются на бол ее интенсивном , с точки зрения наблюдений подходе , и называются как прогнозы текущей погоды . Традиционно прогнозирование текущей погоды конце н т рируется на анализе и экстраполяции наблюдаем ых метеорологических полей с особым упором на мезомасштабные поля облаков и осадков , полученных по данным спутников и радиолока торов . Прогностическая продукция текущей погоды особенно ценн а в случае мезомасштабных неблагоприятных условий погоды , связанных с сильной конвекцией и интенсивными циклонами . В случае с тропическими циклонами , прогн озирование тек у ще й погоды является важным подходом для обн аружения и последующего краткосрочн о го пред сказания , кот орое обеспечивает действительность прогноза в некоторых случаях свыше 24 часов . Однако врем енной темп изменения этих явлений является таковым , что простая экстраполяция важных з начительных характеристик приводит к тому , чт о пр о дукция о чень быс тро ухудшается со временем , да же во временных масштабах порядка одного часа . Поэтому разрабатываются методы , которые сочетают методы экстраполяции с численным про гнозированием погоды , при этом как за счет смешения двух видов пр о дукции , так и с помощью ул уч шенной ассимиляции подробных мезомасштабны х набл ю дений . Это изначально очень трудная задача и , нес мотря на точность и конкретность , к о торые будут улучшать ся в предстоящие годы , эти виды продукции всегда будут связаны с неопределенностью , касающейся конкрет ного местоположения , вре мени и суровости м е теорологических явлений , таких как гр озовые и градовые ливни , торнадо и нисходя щие порывы . Долгосрочны е прогнозы. Еще сложнее задача долгосрочных прогнозов погоды - на декаду , месяц , сезон вп е ред . Степень точнос ти здесь неизбежно ниже , чем в прогнозах краткосрочн ых . Раци о нальная постановка задачи долгосрочного прогноза дол жна сводиться к определению к а ких-то общих характеристик погоды будущего : степени зональности или ме ридиональн о сти ци ркуляции , средних месячных температур , откло нений осадков от нормы , самых о б щих черт в ходе температуры и т . д . Вряд ли когда-либо люди достигнут возможности о т ветить на вопрос : будет ли в таком-то месте дождь такого-то чи сла в будущем месяце ? Сложный комплекс усл овий , которые буду т определять такой д ождь или его отсутствие , часто нельзя пред видеть даже накануне ; тем более невозможно это сделать за долгое вр е мя вперед . Но и задач а определения общих характеристик погоды на долгое время вперед еще далека от уд овлетворительного разреше ния . Анализ ежедневн ых синоптических карт уже не подходит для этой цели ; приходится прибегать к способа м обобщенного предста в ления атмосферных условий , как сборны е или средние карты за те или иные периоды вр е мен и . Попытки применения для долгосрочных прогно зов таких приемов , как учет ине р ции в ходе ат мосферных процессов (т . е . сохранения знака аномалии погоды на некоторое время вперед ), приводили к самым ограниченным успехам . Ограниченные результаты д а ли и многочисленные определения к орреляционных связей меж ду ходом метеорол огич е ских элемент ов в разных местах и в разные периоды года , а также и попытки изыскания пер иодов и ритмов в ходе атмосферных процесс ов на значительных отрезках времени . Поскольку турбулентная природа атмосферы ограничивает возможности пр едсказ а ния погоды на большой территории примерным сроком до двух недель , прогноз на более продолжительное время д олжен основываться на факторах , которые предс казуемым обр а зом воздействуют на атмосферу и при этом сами будут известны более чем за две недели. Одним из таких факторов являе тся температура поверхности океана , которая м едленно меняется в течение недель и месяц ев , влияет на синоптические процессы и мож ет быть использована для выявления районов с аномальными температурами и количеством оса д ков . Пров одится сопоставление атмосферных процессов с процессами в мировом океане , поскольку между двумя этими сферами Земли происходит взаимный обмен теплом и вл а гой. Более плодотворным и распространенным явл яется прием подбора аналогов , исх о дящий из предположения , что за сходными начальными условиями в разных случаях сл е дует сходное дальнейшее развитие . Однако таким предположением следует пользоваться с очень большой осторожностью , потому что уже небольшие различия в начальных усл о виях могут с овершенно изменить ве сь дальнейший ход процессов. Представляется перспективным сопоставление а тмосферных процессов с солнечной активностью , т . е . с явлениями , происходящими на поверхн ости Солнца (пятна и др .). Связи между а тмосферными процессами и солнечной активностью , несомн енно , сущ е ствуют , хотя они известны еще дал еко не до конца и мало объяснены . Поск ольку в со л не чных процессах обнаруживается определенная цикли чность и они предшествуют опр е деленным изменениям в ат мосфере , это может быть использовано в цел ях долгосрочного п рогноза погоды . Но и на этом пути достижений еще немного . Есть попытки и вычисл и тельных долгосрочных прогнозов на базе уравнений гидродинамики , не получившие е ще практического значения. Прогнозы с заблаговременностью , превышающей несколько часов , почти вс егда полност ью основываются на численном прогнозировании погоды (ЧПП ). В действител ь ности , большую часть улучшений в оправдываемости прогнозов погоды за последни е 20 лет можно отнести за счет компьютерных моделей ЧПП , которые строятся с использов а нием урав нений , описывающих динамическое и физичес кое изменение атмосферы . Мод е ли ЧПП представляют атмосферу на трехмерной сетке , при этом оперативные системы в 2001 г . используют горизонтальное про странственное разрешение в 50-100 км для кру п номасштабного прогно зи рования , и 5-40 км — для прогнозирован ия по ограниченному району в мезомасштабе . С поступлением более мощных компьютеров эт о представление улучшится . Точно могут предск азываться только метеорологические системы , котор ые в несколько раз превышают шаг сетки, и поэтому явления в меньших масшта бах должны представляться в приближенном виде с использованием статистических и других методов . Эти ограничения в моделях ЧПП оказывают особое влияние на подробные прогноз ы местных элементов погоды , такие как обла чность и туман , а также экстремаль ные явл е ния , т акие как интенсивные осадки и пиковые пор ывы . На поиски рациональных методов долгосрочн ых прогнозов направлены сейчас эне р гичные усилия ; это важнейшая практическая задача метеорологии , жду щая разрешения . Пока оправд ываемость прог нозов не слишком значительно превышает случай ные совп а дения . Для характеристики и изучения многих атмос ферных явлений , а также для прогн о за погоды необходимо одновременно проводить различные наблюдения во множестве пунктов и фиксировать получ енные данные на картах . В метеорологии обычно примен я ется т.н . синоптический метод . Предсказание в масштабах от сезона до межгодового. За пределами двух недель об ычные недельные подробные прогнозы погоды име ют очень низкий уровень успешности , но обы чны е месячные прогнозы с использованием численного прогнозирования погоды с предсказ анными аномалиями температуры повер х ности моря все еще и меют значительную успешность для некоторых ре гионов и сезонов в пределах нескольких ме сяцев . При сезонном временном ма сштабе подробные прогнозы метеорологических явлений и ли последовательностей метеорологических образований невозможны . Неупорядоченный характер поведения атмосферы устанавливает фундаме н тальное ограничение порядка двух недель для предсказаний , связанных с быстрым во з растанием ошибок исходного условия , возни кающих из несовершенных и неполных наблюдений . Тем не менее , в ограниченном плане не кая предсказуемость проявляется с более длите льными сроками заблаговременности вплоть до н ескольких сезонов . Это пр о исхо дит в связи с взаимо действиями между атмосферой , океанами и повер хностью суши , которые становятся важными в сезонных временных масштабах . Свойственные временные масштабы изменчивости , как для по верхности суши , так и для океанов , являютс я бол е е длительными по сравнению с временными масштабами и з менчивости атмосферы , частич но вследствие сравнительно большой термальной инерции . Океанские волны и течения являются медленными , по сравнению с их атмосферным и контрагентами , ввиду большой разницы в с тр уктуре плотности . Поскольку атмосфера с в я зана с усло виями океана и поверхности суши , то степен ь предсказуемости может быть п е ренесена на атмосферу в сезонных временных масштабах . Известно , что такое взаимоде й ствие существует особенно в зоне троп иков , где х арактер атмосферной конвекции в к о нечном итоге является важным для характера погоды в глобальном масштабе и довольно тесно связан с колебаниями температуры поверхности океана . Наиболее важным прим е ром такого взаимодействия является явление Эль-Ниньо - Южно е колеб ание , которое приводит к значительным сдвигам в глобальном климате с интервалами в пределах от 2 до 7 лет . Характер предсказ уемости в климате в сезонных временных ма сштабах следует понимать в вероятностных выра жениях . Это не точная пос л едовател ьность погоды , кот о рая имеет предсказуемость с большой в ременной заблаговременностью (сезон или более ), но скорее некоторые аспекты статистических д анных о погоде , например средняя или к о лебание температуры /осадков за сезон , которые имеют потенциал ьную предсказуемость . Хотя погода в лю бой определенный день совершенно неопределенна в долгосрочном плане , устойчивое влияние ме дленно изменяющихся условий поверхности могут изменить шансы для конкретного типа погоды , происходящей в этот день . В настоящее время сезонные предсказания под готавливаются с использованием , как статистически х схем , так и динамических моделей . Статис тический подход стремится к обнаружению повто ряющихся схем в климате , связанных , например , с температурой п о верхности моря . Такие модели продемо нстрировали оправдываемость при прогнозиров а нии Эль - Ниньо и некоторых из его глобальных климатических последствий . Основными инструментами для динами ческого прогнозирования являются совмещенные мод ели – модели , которые включают как ат мосферу , так и другие важные среды , особенно океан . Проблема неопределенности реша ется с использованием группового подхода , при кот о ром моде ль климата прогоняется множество раз с не сколько разными исходными услов и ями (в пределах ошибок наблюдения или ошибо к выборочного обсл едования ). Отсюда получают распределение результат ов , по которым можно рассчитать данные о климате . Недавно получены обещающие результа ты по групповой продукции , при которой об ъ единялись нескол ько моделей . Но большинство из моделей де мон стрирует несколько с е рьезных постоянных систематических ошибок , которые неизбежно снижают уровень о правдываемости прогноза . Наличие данных является ограничением , как для статистич е ских моделей , так и д ля динамических моделей . В последнем случае весьма огра ниченная информация имеется для большей части глобального океана и для условий поверхности суши. Перспективная оценка будущего климата . Как объяснялось выше , основывая сь на текущем наблюдении за состоянием ат м о сферы , предсказ ание погоды может предостави ть подробную метеорологическую инфо р мацию по конкретному месту и врем ени во временных масштабах порядка двух н едель . Как оказалось , существует некая предска зуемость аномалий температуры и осадков на более длительные сроки вплоть до нескольки х сезонов . Это происходит за счет вз аим о действий межд у атмосферой , океанами и поверхностью суши , которые становятся ва ж ными в масштабах сезона . Однако д олгосрочные изменения в системе земля-атмосфера в климатических временных масштабах (десятилети я-столетия ) зависят от ф акторов , кот о рые изменяют бала нс входящей и уходящей энергии в системе земля-атмосфера . Эти фа к торы могут быть естественными (нап ример , изменения в солнечной мощности излучен ие или вулканы ) или антропогенными (например , увеличение массы парниковых газов ). П о скольку моделировани е возможных будущих состояний климата зависит от предписанных сценариев этих факторов , то более точно их называют как «перспекти вные оценки» , а не «предсказания» или «про гнозы» . Для того чтобы выполнять перспект ивные оценки климата , требуются модели к л и мата , основываю щиеся на физических процессах , с тем , чтоб ы представлять тонкие мех а низмы обратной связи , которые являются важнейшими во временных масштабах кл имата . Физические процессы и обратные мех анизмы свя зи , которые не являются важн ыми в ЧПП , или даже во временных масшт абах сезонного предсказания становятся важными при попытке моделировать климат на длитель ные периоды , например , взаимодействие между об лачностью и радиацией и механизмы обратной связи , меха н изм обратной связи водяного пара , динамика и процессы океана . Обработка этих ключевых свойств очень важна для того , чтобы воспроизводить многие асп екты климата реалистично , хотя остае т ся много неопределен ностей , связанных с облачностью и аэрозолями и их ра диационными воздействиями и многими океанским процессами . Понимание ос новных климатических процессов (например , таких как включение динамики морского льда и более реалистичный перенос океанского тепла ) за последние несколько лет заметно улучши л ось . В настоящее время многие модели позволяют удовл е творительно моделировать климат без необходимости применения нефизических попр а вок потоков тепла и воды при взаимодействии океана и атм осферы , используемых в мод е лях раннего периода . Более тог о , моделиро вание , которое включает оценку природного и антропогенного воздействия , впо лне в состоянии воспроизвести изменения , прои зоше д шие в пр иземной температуре за двадцатое столетие . Эт а крупномасштабная согласова н ность между моделями и наблюдени ями ведет к увере нности в оценках темпов потепл е ния , рассчитанных на следующий век . Моделирова ние естественной изменчивости , например , Эль-Ниньо , циркуляции муссона , северо-атлантическое колебани е также улу ч ш илось . Одним из факторов , которые ограничивают уверенность в перс пективной оценке и зменения климата , является неопределенность внешн его воздействия (например , в пре д сказании будущей концентрац ии атмосферной двуокиси углерода и других парниковых газов и аэрозольных нагрузок ). Многоходовая метеоклиматическая программа. Несмотря на уже имеющийся мощный научный задел в метеороло гии и в климат о логических исследованиях и даже вопреки колоссальным затратам на организацию техн о логической базы для решения текущих метеорологических задач , - реальные результаты краткос рочного и сезонного метеопрогнозирования для локальных о бластей и масшта б ных регионов , - все еще недостаточны . Ка тастрофические погодно-климатические изм е нения (рекордные дожди , о бвальные снегопады , резкие и глубокие перепад ы давления и температуры , тайфун ы , тор надо и т.п .) стали повседневной и непредска зуемой опасн о стью для наиболее плотно заселенных регионов Европы , Азии , Африки и Америки . Впе р вые за исторически обозримое время погодные катастрофы стали прямой угрозой для больших городов , для транспортной и энергетической инфраструктуры обширных наци о нальных территорий , для выживания городск ого и сельского населения , стали катализат о ром необратимых потерь среди местной флоры и фауны . Специалисты-метеорологи считают все происходя щее следствием глобального п о тепления – в том чи сле по техногенным причинам , - и , соответственно , результатом ра з балансировки связанных тепломассобменных мет еопроцессов . По мнению специалистов , адаптация общества к новым метеоусловиям произойдет в длительной многоходовой пр о грамме . 1. На п ервом этапе должна быть предель но усилена технология сбора и накопления метеоданных . Параллельно должны быть развиты мощные математические мет о ды адекватного моделирования метеопро цессов , ориентированные на компь ю терное исполнение . 2. На в тором этапе программы , даже без научной полноты теории – в режиме «черного ящика» , - в метеотехнологии проявится возможность предсказывать изменения климата . 3. Параллельно с научн ым уточнением , на третьем этап е программы в метеоте х нологию будут внедре ны более мощные и , безусловно , более точные инжене р ные методы наблюдений и прогнозирования . 4. На четвертом – завершающем этапе программы , с уровня дости гнутой реша ю щей полноты научных знаний , - с необходимостью проявятся принципиально н о вые технические возможно сти безопасного управления погодой и климатом – в целом . Ясно , что без стартового усиления техно логии сбора и накопления мете оданных все последующие этапы стратегической метеоклиматической программы невыполнимы : пл а новые результаты первого этапа могут быт ь достигнуты только с расширением сети наблюдательных метеопостов, с усилением их радио-оснащения и с подключением к о б работке массивов накопленных данных больших вычислительных мощн остей – адеква т ной математики и сетевых средств расп ределенных компьютерны х вычислений . Межд у народные метеокли матические программы (ООН , ЕС ), а также программы некоторых р е гиональных объединений (к пример у : Японии , Китая , Малайзии и Южной Кореи , - в ра м ках южно-азиатской метеоклиматической пр ограммы штормового мониторинга и др у г их задач ) и отдельных стран уже сейчас преду сматривают резкое технологическое усил е ние действующей системы метеопостов и иной инфраструктуры метео-наблюдений . Предполагается , что усиление т ехнологии будет ориентировано на использование Internet-возможносте й , на применение мощных ло гико-математических пакетов фильтрации , накопления , систематизации и обработки данных , на орган изацию высокопроизводител ь ных региональных вычислительных центров на базе супер-компьютеров , связанных с ра с пределением вычи слений в In ternet, с использованием мобильных и спутниковых средств связи , а также с комплектованием метеопостов современным радиомониторинговым об о рудованием , включая специальные изотропные и направленные антенны. При этом , сп е циалисты-метеорологи отмечают необход им ость развертывания метеопостов конкретно в городских условиях. Эта необходимость особенно резко усили вается для мегаполисов и географически - прот яженных (вытянутых ) населенных пунктов . Хронологически-близкие погодные катастрофы в Центральной Европе (Германи я , Австрия , Чехия , Словакия , Ве н грия , - по телевизионн ым сводкам новостей в течение всего 2003 г .), в США (граничащ ие с Канадой северные штаты , города Нью-Йо рк , Чикаго и Детройт ) и в других района х м и ра , включа я Украину (за тот же период ), подтверждают осо бую уязвимость городов перед климатическими фактора ми и заведомую необходимость погодного монито ринга внутри городского периметра . Однако , действующие технологии ради онаблюдения для задач м е теорологии и климатологии неприменимы к использованию в городской среде ; причем , именно в с илу их работы в комплексе со специализиро ванными антеннами , неприспосо б ленными для адресной городской э ксплуатации . Инженерным выходом из данного по л о жения представл яется использование для «городских» метеопостов суррогатных антенн на ДВ-КВ-диапазоны , в качестве которых могут быть адаптированы действующие в г о родском периметре строения , инженерные со оружения , различные сети коммуникаций и иные антенные объекты , определенные проектом « AntenNet» . Помимо режимов пасси в ной локации метео феноменов и сигналов от зондов , специальной авиации и спутников - с помощью таких антенн , - дл я реального расширения числа решаемых на месте метеокл и мат ических задач могут быть применены режимы квази-активной радиолокации с теми же объек тами , использующими эффект внешнего облучени я метеообъектов опорными част о тами действующих в регионе Т В-и радио -вещания и /или несущими частотами местной мобильной связи в К В /УКВ-диапазонах . Заключение. Успешность метеорологических прогнозо в существенно продвинулась с середины Х Х-го столетия . Это во многом связано с достижениями в вычислительной технике , в набл юдениях и системах телесвязи , а также с развитием моделей численного прогнозир о вания погоды и с вязанных с ними методов усвоения данных . Э тому во многом спосо б с твовали огромный опыт , как п рогнозистов , так и лиц , принимающих решения , при по д готовке и использовании прогностической продукции . Т ем не менее , каждому компоненту в пределах науки и технологии прогнозирования погоды и перспективных оценок прис у щи свои нео пределенн ости . Некоторые из них связаны с недостатк ом полного понимания или наследованного огран ичения предсказуемости исключительно сложных про цессов . Другие все еще связаны с необходим остью дальнейших достижений в методах наблюд е ний или в вычислительной технике , или с неадекватны м переходом от исследований к оперативным работам . И , наконец , нельзя недооценивать ва жность надлежащей передачи метеорологических про гнозов хорошо подготовленным пользователям . Не сомненно то , что значительные выгоды будут пол у чены в результате оказания п о стоянного вним ания научным исследованиям и внедрению знаний , полученных от этой работы в практику прогнозирования . Кроме того , признание ограниче нности прогнозов погоды и перспективных оцено к климата и , когда возможно , оценки с тепени неопред е ленности , приведет в конечном итоге к улучшенному использованию прогнозов и другой метеорологической информации лицами , принимающим и решения . Литература. 1. Г.С.Булдов cкий , Г.К.Вес елова . Технология автоматизированной оценки успеш ности к раткосрочных и среднесрочных прогн озов погоды . Труды Гидрометцентра России , 2000 – вып .335 2. В . А . Гордин «Мат ематика , компьютер , прогноз погоды» Л ., Гидромте оиздат , 1991. 3. А . Д . Коваль , Ю . А . Тюрин «Космос – земле» М .; «Знание» 1989г. 4. Розинкина И .А ., Киктев Д.Б ., Пономарева Т.Я ., Рузанова И.В . Оперативный выпуск гидродинамических прогнозов п о спектральной глобальной модели Гидрометцентра России . Труды Гидрометцентра России– 2000 — вып 334. с .52-68. 5. А . Х . Хргиан «Оче рки развития метеорологии» Л. , Гидрометеоизд ат , 1959. 6. Фролов А.В ., Важник А.И ., Свиренко П.И ., Цветков В.И . Глобальная система усвоения данных наблюдений о состоян ии атмосферы . Санкт-Петербург , Гидрометеоиздат , 2000, 188 с. 7. Заявление ВМО о научной основе и об ограничениях для прогнозирования погоды и перспективных оц енок климата // Комиссия по атмосферным наукам . Тринадцатая се с сия . ОСЛО , НОРВЕГИЯ , 12-20 февраля 2002г . КАН -XIII/PINK 8 (19.02.2002 г .) 8. Приложение проекта « AntenNet » к задачам метеорологии /климатологии // http://antennet.org/meteoklimat.html