Синоптика — наука и искусство

ОТ НАШЕГО КОРРЕСПОНДЕНТА В ВЕЛИКОБРИТАНИИ

15 ОКТЯБРЯ 1987 ГОДА НА ОДНУ ИЗ БРИТАНСКИХ ТЕЛЕСТАНЦИЙ ПОЗВОНИЛА ЖЕНЩИНА И СООБЩИЛА, ЧТО СЛЫШАЛА О ПРИБЛИЖЕНИИ УРАГАНА. НО СИНОПТИК УСПОКОИЛ ЗРИТЕЛЕЙ, СКАЗАВ: «НЕ ВОЛНУЙТЕСЬ: ДЛЯ ТРЕВОГИ НЕТ НИКАКИХ ОСНОВАНИЙ». ТЕМ НЕ МЕНЕЕ В ТУ НОЧЬ НА ЮЖНУЮ ЧАСТЬ АНГЛИИ ОБРУШИЛСЯ УРАГАН, КОТОРЫЙ УНИЧТОЖИЛ 15 МИЛЛИОНОВ ДЕРЕВЬЕВ И СТАЛ ПРИЧИНОЙ ГИБЕЛИ 19 ЧЕЛОВЕК. СТОИМОСТЬ ПРИЧИНЕННОГО ИМ УЩЕРБА ПРЕВЫСИЛА 1,4 МИЛЛИАРДА ДОЛЛАРОВ.

КАЖДОЕ утро миллионы людей включают радио и телевизор, чтобы узнать прогноз погоды. Предвещают ли тучи дождь, а ясная погода утром — погожий день? Принесет ли повышение температуры воздуха в более холодных областях оттепель, таяние снега и льда? Прослушав метеосводку, мы решаем, что́ надеть и брать ли с собой зонт.

Бывает, что предсказания синоптиков не оправдываются. За последние годы точность прогнозов погоды значительно повысилась. Однако такое прогнозирование — дело непростое, оно удивительным образом сочетает в себе черты науки и искусства. Что оно включает в себя и насколько надежны такие предсказания? Прежде чем ответить на этот вопрос, посмотрим, как возникло прогнозирование погоды.

Определение погодных условий

В библейские времена предсказания погоды основывались лишь на тех явлениях, которые люди могли воспринимать непосредственно органами чувств (Матфея 16:2, 3). Сегодня метеорологи располагают целым арсеналом сложных приборов, основные из которых служат для измерения давления, температуры и влажности воздуха, скорости и направления ветра.

В 1643 году итальянский физик Эванджелиста Торричелли изобрел ртутный барометр — простое устройство для измерения атмосферного давления. Скоро было замечено, что с изменением погоды меняется и давление, понижение давления часто служит признаком приближения циклона. Гигрометр, с помощью которого измеряют влажность воздуха, был изобретен в 1664 году. А в 1714 году немецкий физик Даниель Фаренгейт разработал ртутный термометр. Теперь можно было точно измерять температуру воздуха.

Около 1765 года французский ученый Антуан Лоран Лавуазье предложил ежедневно измерять атмосферное давление, влажность воздуха, скорость и направление ветра. «С помощью этих данных,— говорил он,— практически во всех случаях можно довольно точно предсказать погоду на один-два дня». Но, к сожалению, все оказалось далеко не так просто.

Метеорологические наблюдения

В 1854 году недалеко от крымского порта Балаклава жестокая буря уничтожила французский военный корабль и 38 торговых судов. Урбен Жан Жозеф Леверье — директор Парижской обсерватории — получил от французских властей поручение расследовать этот трагический случай. Проанализировав данные наблюдений, он обнаружил, что буря зародилась еще за два дня до катастрофы и пронеслась через всю Европу — с северо-запада на юго-восток. Если бы велись наблюдения за ее перемещением,  корабли могли бы получить своевременное предупреждение. После этого случая во Франции была создана государственная служба штормовых предупреждений. Так возникла современная метеорология.

Но ученым необходимо было также найти способ быстро обмениваться данными метеорологических наблюдений в разных регионах. И самым подходящим средством для этого оказался электромеханический телеграфный аппарат, который незадолго до того был изобретен Сэмюэлом Морзе. Таким образом, в 1863 году Парижская обсерватория получила возможность издавать первые карты погоды, или синоптические карты, в таком виде, какой они имеют сегодня. К 1872 году то же стала делать и Британская метеорологическая служба.

Чем больше знаний приобретали метеорологи, тем очевиднее для них становилась вся сложность погодных явлений. Чтобы наносить на карты больше данных, были разработаны новые условные обозначения. К ним, например, относятся изобары — линии, соединяющие на карте места с одинаковым атмосферным давлением, а также изотермы, соединяющие места с одинаковой температурой воздуха. Кроме того, на картах погоды используются условные обозначения, показывающие направление и силу ветра, а линиями отмечаются границы теплых и холодных воздушных масс.

Было разработано сложное научное оборудование. Сегодня сотни метеорологических станций по всему миру поднимают в атмосферу воздушные шары с радиозондами — приборами, которые измеряют характеристики состояния атмосферы и затем с помощью радиосигналов передают полученные сведения на Землю. Применяются также метеорологические радиолокаторы. Поскольку капли воды и кристаллы льда, образующие облака, отражают радиоволны, метеорологи могут следить за передвижением ураганов.

Новые перспективы для точного прогнозирования погоды открылись в 1960 году, когда на орбиту Земли был выведен первый в мире метеорологический спутник — «Тайрос-1», оборудованный телекамерой. Сегодня с метеоспутников ведутся наблюдения за всей планетой — от полюса до полюса. Геостационарные спутники всегда остаются над одной и той же точкой земной поверхности и постоянно следят за той частью земного шара, которая находится в поле их обзора. Все спутники регулярно посылают на Землю фотографии и данные метеонаблюдений.

Предсказание погоды

Одно дело — иметь точные сведения о погоде на настоящий момент, и совсем другое — предсказывать, какой она будет через час, день или неделю. Вскоре после Первой мировой войны английский метеоролог Льюис Ричардсон выдвинул такое предположение: поскольку все процессы в атмосфере подчиняются физическим законам, можно предсказывать погоду с помощью математических методов.  Однако предложенные им формулы были настолько сложны, а процесс вычисления оказался таким трудоемким, что атмосферный фронт успевал пройти, пока синоптики производили свои расчеты. К тому же Ричардсон использовал метеорологические данные, которые считывались с интервалом в шесть часов. Но, как отмечает французский метеоролог Рене Шабу, «для более или менее точного прогноза погоды требуется, чтобы измерения снимались с интервалом не более получаса».

С появлением электронно-вычислительной техники стало возможным быстро производить сложные подсчеты. С помощью расчетов Ричардсона метеорологи разработали комплексную модель численного прогноза — ряд математических формул, которые учитывают все известные физические законы, управляющие погодными явлениями.

Чтобы применить эти формулы, метеорологи условно разделили всю поверхность Земли на квадраты. В планетарной модели, которую сейчас использует Британская метеорологическая служба, применена координатная сетка, линии которой удалены друг от друга примерно на 80 километров. Часть атмосферы, расположенную над каждым из квадратов сетки, обычно называют вертикальным столбом воздуха. Измерения силы и направления ветра, давления, температуры и влажности воздуха снимаются на разной высоте — на 20 уровнях атмосферы. Компьютер обрабатывает данные, полученные более чем с 3 500 метеостанций, которые расположены по всему миру, и дает прогноз погоды на планете на ближайшие 15 минут. Затем он сразу же начинает составлять прогноз на следующие 15 минут. Повторив эту операцию много раз подряд, компьютер может всего за 15 минут предсказать погоду на планете на 6 дней.

Для составления местного прогноза погоды, более точного и подробного, Британская метеорологическая служба использует специальную модель для ограниченной территории, охватывающую североатлантический и европейский регионы. Расстояние между узлами сетки в этой модели соответствует примерно 50 километрам. Существует также отдельная модель для Британских островов и омывающих их морей. Она разделена на 262 384 квадрата со стороной 15 километров, а вертикальный разрез атмосферы имеет 31 уровень.

Роль синоптика

Однако при прогнозировании погоды одними научными методами не обойтись. В энциклопедии «Уорлд бук» говорится: «Заложенные в компьютер формулы лишь приблизительно описывают атмосферные процессы». К тому же даже самая точная метеорологическая сводка для обширных территорий может не учитывать влияния на погоду местных факторов. Поэтому при составлении прогноза необходимо также определенное чутье. Вот где начинается работа прогнозиста, или синоптика, который призывает на помощь весь свой опыт и проницательность, чтобы правильно истолковать полученные данные. Это помогает ему составить более точный прогноз погоды.

Допустим, когда холодные воздушные массы с Северного моря проходят над Европейским континентом, часто образуется тонкий слой облачности. Но предвещает ли это дождь на европейской территории в ближайшие сутки? Или под воздействием солнечного тепла облачность исчезнет? Это зависит от температуры воздуха, причем все решают десятые доли градуса. Анализируя полученные метеорологические данные и аналогичные ситуации в прошлом, синоптик может подготовить достоверную сводку погоды. Таким образом, составление точных прогнозов — это и наука, и искусство: здесь нужны и знание фактов, и опыт, и чутье.

Надежны ли такие предсказания?

Сегодня Британская метеорологическая служба гарантирует 86-процентную точность своих предсказаний на ближайшие сутки. Из ста прогнозов погоды на пять дней, которые дает Европейский центр прогнозов погоды малой заблаговременности, оправдываются 80. Это означает, что они более надежны, чем двухдневные прогнозы начала 70-х годов. Прогресс очевиден. Однако до совершенства еще далеко. Почему не удается достичь еще большей точности?

Причина проста: погодные процессы крайне сложны. Невозможно произвести все измерения, необходимые для безошибочного прогноза. На обширных пространствах океана недостаточно метеорологических буев, которые через спутниковую связь передавали бы данные  наблюдений на береговые станции. А узлы координатной сетки в используемых моделях далеко не всегда точно соответствуют расположению метеорологических обсерваторий. Кроме того, ученым еще не известны все природные факторы, влияющие на формирование погодных условий.

Тем не менее прогностические возможности синоптиков постоянно расширяются. Так, до недавнего времени предсказания погоды основывались главным образом на данных наблюдений за атмосферными процессами над сушей. Но поскольку 71 процент земной поверхности занимают океаны, ученые теперь стали обращать пристальное внимание на процесс накопления энергии океаном и передаче этой энергии атмосфере. Спутниковая система наблюдений за океаном с помощью сети буйковых станций следит за незначительными повышениями температуры воды в одном из районов, сильно влияющими на погоду в отдаленных местах *.

Иову был задан вопрос: «Кто может... постигнуть протяжение облаков, треск шатра Его [Бога]?» (Иов 36:29). Сегодня человек все еще сравнительно немного знает о механизме формирования погодных условий. Тем не менее современные метеорологические прогнозы достаточно точны, и к ним стоит прислушиваться. И потому не взять ли вам с собой зонтик, если синоптики обещают дождь?

[Сноска]

[Иллюстрации, страница 13]

Леверье.

Торричелли.

Лавуазье в своей лаборатории.

Один из первых стеклянных термометров.

[Сведения об источниках]

Леверье, Лавуазье, Торричелли: Brown Brothers

Термометр: © G. Tomsich, Science Source/Photo Researchers

[Иллюстрации, страница 15]

Спутники, метеорологические аэростаты и компьютеры входят в арсенал средств, используемых для прогнозирования погоды.

[Сведения об источниках]

Страницы 2 и 15: спутник: NOAA/Department of Commerce; ураган: NASA photo

Commander John Bortniak, NOAA Corps