Ожидайте дождя. Эти два простых слова могут разрушить планы на пикник или возвестить о спасении урожая, пострадавшего от засухи. Немногие вещи в нашей жизни так же универсальны, как погода.
“Это то, что постоянно происходит в атмосфере вокруг нас”, — говорит Расс Шумахер, климатолог штата Колорадо и директор Климатического центра Колорадо. “Штормы и все другие интересные вещи, которые приносит нам атмосфера Земли, оказывают большое влияние на нашу повседневную жизнь во многих отношениях”. Но даже если мы настраиваемся на местные новостные станции или проверяем приложения, чтобы узнать, что принесет погода, мы не всегда доверяем прогнозам. Вы, наверное, слышали шутку: метеорология — единственная профессия, где вы можете все время ошибаться и все равно получать за это деньги.
На самом деле прогнозы погоды https://pogoda.me улучшились стремительно всего за последние несколько десятилетий. А метеорологи в погоне за все более совершенным прогнозом продолжают доводить то, что возможно, до теоретического предела.
Создание погоды
Прежде чем мы сможем предсказать погоду, мы должны понять, откуда она берется. Чтобы сделать это, мы должны смотреть на небо.
Земля окутана атмосферой, состоящей в основном из азота, кислорода и водяного пара. Этот воздух, подобно жидкой воде, ведет себя как жидкость. Когда воздух перемещается из одного места в другое, он несет с собой свои свойства, изменяя температуру, влажность и многое другое. Погода — это просто побочный продукт того, что наша атмосфера переносит тепло из одного места в другое.
Более холодный воздух плотный и не может удерживать много влаги; более теплый воздух менее плотный и может удерживать больше воды. Когда встречаются области воздуха с разной температурой и плотностью, граница называется фронтом. Иногда эти облачные столкновения могут вызвать дождь, поскольку охлаждающий теплый воздух вынужден сбрасывать свою воду.
Дождь может быть вызван не только фронтами; конвекция также может вызывать выпадение осадков. По мере того, как поднимается теплый, влажный воздух, он также охлаждается, и его вода конденсируется на взвешенных в воздухе частицах, таких как пыль. Эти капли поднимаются в воздух, становясь все больше и больше, пока не станут слишком тяжелыми и не упадут обратно на Землю.
Когда это произойдет, возьмите зонтик. Как только шторм сформировался, если ему негде получить больше влаги из земли или воздуха, он иссякнет по мере продвижения. Если он найдет больше теплого воздуха и влаги — как ураган, когда он движется через океан, — он будет расти и расти.
Основы прогнозирования
При таком количестве факторов может показаться невозможным предсказать, какая погода будет на горизонте. Но это далеко не так. “Прогнозирование погоды — одна из немногих областей, где мы можем точно спрогнозировать эволюцию системы. Мы не можем сделать это в экономике или спорте ”, — говорит Фалько Джадт, метеоролог-исследователь из Национального центра атмосферных исследований в Боулдере, штат Колорадо.
Это зависит от надежных наблюдений. Научные наблюдения за погодой начались в эпоху Возрождения, когда были изобретены барометры и термометры. Европейские ученые прошлого, такие как Галилей, использовали эти приборы для проведения измерений, которые однажды объяснят погодные явления. К концу 1800-х годов в обиход вошли элементарные карты погоды.
Но ранние прогнозы были ограниченными и основывались на постоянстве или предположении, что прошлое системы будет диктовать ее будущее поведение. “Если штормовая система сегодня в Канзасе, а на следующий день в Миссури, то по настойчивости вы можете сказать, что на следующий день она будет в Иллинойсе”, — объясняет Боб Хенсон, метеоролог, который пишет для Weather Underground. Постоянство — это хороший способ предсказать погоду, когда условия постоянны — когда шторм продолжается, не прекращаясь, или местный климат мало меняется изо дня в день, скажем, в Южной Калифорнии.
Но этот простой метод не учитывает меняющиеся условия, такие как штормы, которые быстро формируются за счет конвекции (типичной для гроз), или движущиеся фронты, которые меняют температуру. К счастью, у нас есть новые, лучшие способы предсказывать будущее. Сегодняшние прогнозы погоды составляются не людьми, которые смотрят на карты погоды и вчерашние максимумы и минимумы — они составляются машинами.
Современное прогнозирование погоды
Метеорологи используют процесс, называемый численным прогнозированием погоды, для создания прогнозов путем ввода текущих условий, которые они называют “nowcast”, в компьютерные модели. Чем более актуальной и точной информацией располагают эти модели, тем лучше будет прогноз. Наземный радар, метеозонды, самолеты, спутники, океанские буи и многое другое могут обеспечить трехмерные наблюдения, которые может использовать модель. Это позволяет метеорологам моделировать то, что происходит в атмосфере в настоящее время, и предсказывать, что произойдет в ближайшие несколько дней или, для некоторых моделей, часов.
Погодные модели разделяют регион, скажем, отдельный штат или даже весь земной шар, на набор ячеек или ячеек. Размер этих ячеек — разрешение модели — влияет на точность прогнозирования. Большие прямоугольники означают плохое разрешение или невозможность определить, что происходит на небольших участках, но дают общую картину крупномасштабных погодных тенденций за длительный период времени. Этот общий прогноз полезен, когда вы хотите знать, как сильный шторм будет перемещаться по территории США в течение недели.
Меньшие рамки означают более высокое разрешение, что позволяет прогнозировать меньшие штормы. Эти модели дороже с точки зрения вычислительной мощности и работают только на один или два дня, чтобы сообщить людям, может ли быть шторм в их районе. Хотя все модели основаны на одной и той же физике, каждая из них по-разному переводит эту физику в компьютерный код, говорит Джадт. Некоторые модели могут отдавать предпочтение определенным типам данных, таким как скорость ветра, температура и влажность, перед другими для создания прогнозов или моделирования физических процессов, немного отличающихся от другой модели. Вот почему две модели могут выдавать несколько разные результаты, даже при одинаковых начальных наблюдениях.