Климатические прогнозы, также называемые долгосрочными прогнозами, позволяют определить, в какую сторону будет меняться погода в ближайшие месяцы или сезоны: влажнее или суше обычного, жарче или холоднее, или не будет сильного сдвига в ту или иную сторону. Итак, какая информация входит в них и как они составляются?
Климатические прогнозы могут стать эффективным инструментом, который поможет принимать решения в отношении деятельности, на которую влияет изменчивость погоды - от планирования рабочей силы и методов ведения сельского хозяйства до подготовки к сезону суровых погодных условий или даже к отпуску.
Прогнозы работают потому, что погода не просто случайна. Погода определяется энергией солнца и переносом энергии, массы и импульса между океанами, атмосферой, льдом и сушей, и все это происходит на вращающейся, наклоненной планете.
В прошлом климатические прогнозы использовали взаимосвязь между более крупными климатическими факторами, такими как Эль-Ниньо и Ла-Нинья, и средней погодой в регионе в определенное время года. В качестве грубого инструмента для широких областей это было достаточно эффективно - несомненно, лучше, чем простое угадывание. Однако сейчас есть климатология и вычислительная техника для расчета климатического прогноза, основанного на текущем состоянии океанов, атмосферы, суши и льда, а также на том, как они могут взаимодействовать и изменяться со временем.
Сбор данных
Ежедневно собираются сотни миллионов данных наблюдений с наземных станций и океанических буев, метеорологических аэростатов, самолетов и спутников. Эти наблюдения охватывают все уголки земного шара и позволяют создавать высокодетализированную трехмерную картину текущего состояния окружающей среды Земли.
Компьютерная модель долгосрочного прогноза помещает этот огромный объем данных в трехмерную сетку, затем с помощью математических отношений, представляющих физику океанов, суши, льда, атмосферы и их взаимодействие, рассчитывает, как каждое значение может измениться в течение следующих нескольких месяцев. Подумайте об этом, как если бы мы взяли условия, которые мы можем измерить на земном шаре сегодня, поместили их на отдельный, но идентичный мир, а затем переместились на несколько месяцев вперед.
Множество возможных вариантов развития событий
Когда мы заглядываем на несколько месяцев вперед, существует много шансов на случайные, на первый взгляд, изменения в погоде. Это означает, что погода на ближайшие несколько месяцев не предопределена - существует несколько вполне реальных возможностей.
Используя модель Земли, можно проверить, какими могут быть эти будущие состояния. Для этого вносятся небольшие изменения в начальные условия (наблюдения), которые передаются в модель - эти изменения отражают неопределенность в наблюдениях. Например, можно запустить модель прогнозирования 100 раз, каждый раз немного меняя начальные условия. 100 различных сценариев, которые при этом возникнут, называются "ансамблем", со 100 "членами ансамбля". Если, скажем, 80 из этих 100 прогнозов предсказывают развитие более влажных, чем в среднем, условий в каком-либо районе, можноговорить, что вероятность более влажного, чем в среднем, сезона в этом районе составляет 80 процентов. Если только 50 из прогнозов окажутся более влажными, чем в среднем, вероятность составить 50%.
Проверка модели
Чтобы проверить надежность модели, ее запускают на определенный период в прошлом - обычно около 30 лет. Сравниваются исторические прогнозы, полученные в результате этих прогонов ("ретроспективные прогнозы"), с тем, что произошло на самом деле. Поскольку некоторые климатические события (такие как Ла-Нинья или Эль-Ниньо) происходят не каждый год, используется как можно более длительный период, чтобы проверить, как модель поведет себя в различных ситуациях.
Как и в случае с прогнозами, для ретроспективных прогнозов также используются ансамбли. При использовании нескольких дат начала с несколькими членами ансамбля в течение многих лет генерируется большое количество данных - порядка десятков тысяч модельных лет - достаточное для того, чтобы удостоверится, что модель работает.
Превращение данных в прогнозы
Чтобы понять и объяснить прогнозы, климатологи интерпретируют все данные и превращают их в полезную информацию. По сути, они разбирают информацию модели, чтобы определить, что является движущей силой прогноза, и, сочетая это со своими знаниями о том, как работает модель, создают картину общих движущих сил нашего климата и степень уверенности в прогнозе. Затем их задача - представить эту информацию обществу в Интернете, на телевидении и радио, в печати и при личной встрече.
Поэтому в следующий раз, когда вы зададитесь вопросом "Когда пойдет дождь?", посмотрите на небо со спутника, подумайте о столетии науки о климате, о миллионах расчетах, которые ежесекундно выполняются в течение нескольких месяцев на суперкомпьютерах, и восхититесь тем, как много науки и техники уходит на "вероятность выпадения осадков выше среднего".