Почему прогнозы погоды бывают неточными? Наука прогнозирования

Вы планируете путешествие, надеетесь и внимательно следите за прогнозом. Тем не менее, ваш долгожданный отпуск испорчен незваным гостем — плохой погодой. Прогноз погоды заверял вас, что на выходных будет «в основном солнечно», но вы на собственном горьком опыте обнаружили, что дождь часто не заботится о прогнозах.

Без сомнения, у каждого есть своя версия истории о том, как «планы были испорчены прогнозами погоды». Но почему наши прогнозы погоды так раздражающе неточны? Почему даже со всеми технологическими чудесами в мире предсказать погоду по-прежнему сложно?

Насколько точны прогнозы погоды?

Прогнозы погоды часто ошибаются, но не так часто, как вы думаете. Мы склонны сосредотачиваться в основном на том, что идет не так, поэтому кажется, что прогнозы всегда неточны. Пятидневный прогноз на самом деле довольно точен — прогнозы верны примерно в 90% случаев. Для семидневного прогноза цифры снижаются примерно до 80%. Но добавьте больше дней, и неопределенность неизбежно возрастет.

Читайте также: Почему меняются времена года?

Для десятидневного прогноза у вас есть шанс примерно 50 на 50, что все пойдет правильно. Так что, доверяйте такому прогнозу на свой страх и риск. Сегодня эти цифры также намного лучше, чем раньше. Пятидневный прогноз сегодня имеет такую ​​же точность, как однодневный прогноз в 1980 году.

Как работает прогноз погоды?

Прогнозирование погоды — это сложный процесс, который включает в себя множество данных, математических моделей и вычислений. Накопляется и анализируется множество данных из разных источников, таких как спутники. Мощные компьютеры используют эти данные для прогнозирования.

Идея использования численного анализа для предсказания погоды возникла в 1920-х годах в работах Льюиса Фрая Ричардсона. Позже, с помощью суперкомпьютеров, это стало более практичным подходом. Чтобы определить состояние атмосферы в любой точке и, следовательно, сделать прогноз, необходимо учитывать несколько различных переменных. Они имеют дело с ветром, температурой, давлением и другими параметрами. Переменные используются в качестве начальных условий, которые можно использовать в математических моделях. Модели разрабатываются на основе закономерностей исторических данных и типичного поведения погоды.

Успехи в сборе данных и вычислительная мощность компьютеров также помогают объяснить, почему современные прогнозы так резко улучшились.

Почему прогнозы погоды бывают неточны?

Итак, в каком случае что-то идет не так? Мы используем состояние погоды сегодня, чтобы определить, какой она может быть завтра. Огромное количество переменных, участвующих в этом процессе, является причиной того, что погоду часто трудно предсказать.

Эксперимент Лоренца

Именно эксперимент по предсказанию погоды привел к формулировке теории хаоса. В 1961 году Эдвард Лоренц попытался создать модель точного прогноза погоды. Он вводил значения, представляющие различные атмосферные переменные, в компьютер, чтобы прогнозировать погоду.

В этом эксперименте он обнаружил кое-что совершенно случайно. Когда он сократил значения всего до трех знаков после запятой — по сравнению с оригиналом, в котором было шесть знаков после запятой, — он дал совершенно другие результаты. Погрешность менее одной тысячной в начальных условиях давала прогнозы, которые выглядели так, как будто не имели никакого отношения друг к другу.

Статья по теме: В чем заключается суть изменения климата?

Теория хаоса описывает системы, которые проявляют исключительную чувствительность к начальным условиям. Погода непредсказуема, потому что это хаотическая система.

Если вы посмотрите на две хаотические системы с почти одинаковыми начальными условиями, то за очень короткое время это «почти» — крошечная вариация — перерастет в огромные вариации состояния системы. Два разных прогноза, которые выглядели очень похожими, могли быстро превратиться в совершенно разные погодные условия.

Совершенство невозможно

Мы не можем учесть все переменные, определяющие состояние погоды. Мы также не можем определить их с идеальной точностью. Если бы теоретически мы могли делать и то, и другое, тогда и только тогда мы могли бы получить систему, которая могла бы предсказывать погоду со 100% точностью.

Но увы, это невозможно. Мы можем собирать больше данных и повышать точность наших данных. Мы можем использовать более совершенные суперкомпьютеры и улучшить разрешение наших атмосферных изображений, но невозможно нанести на карту каждую молекулу и ее траекторию в атмосфере. Поэтому наши данные всегда будут неполными, а наши результаты будут неточными, по крайней мере, с небольшим отрывом. Всегда будет некоторое количество предположений, которые могут исказить окончательные результаты.

Движение вперед

Мы очень часто ругаемся на сводки погоды и метеорологов за то, что они вводят нас в заблуждение, но с этого момента давайте им немного слабины. Они действительно стараются изо всех сил. Погоду просто очень трудно предсказать! Это также не означает, что мы отвергаем погоду как нечто, что мы не можем решить. Очевидно, что прогнозирование всегда становится лучше из года в год.

Одним из лучших напоминаний об этом является то, что ураганы, которые когда-то унесли жизни тысяч людей, теперь приводят к гораздо меньшему количеству погибших. Прогнозирование погоды, возможно, никогда не будет совершенной наукой, но это чрезвычайно важная наука, и достижения показывают, что она будет только улучшаться!