От храмовых записей до суперкомпьютеров: как люди научились предсказывать погоду
Когда 22 июня 1941 года связь с западными метеостанциями прекратилась, метеорологи поняли, что началась война. Прогнозы погоды во время боевых действий становятся военной тайной. Наиболее простым и удобным прибором для получения метеоданных являлся радиозонд, изобретенный советским метеорологом, профессором Павлом Молчановым. Радиозонды крепились к шарам, поднимались на высоту до 20 км и передавали информацию: температуру, давление, влажность, скорость ветра — из разных слоев атмосферы. Интересно, что измерителем влажности в радиозонде профессора Молчанова служил пучок человеческих волос, связанный со стрелкой указателя.
Люди всегда пытались понять, какой будет погода, и потому наблюдали за изменениями в природе. Так рождались приметы — первые, пусть и несовершенные, прогнозы. Но путь от крестьянских наблюдений до математических моделей, просчитывающих атмосферу на дни и недели вперед, занял больше двух тысячелетий.
Как предсказывали погоду раньше
Еще в IV веке до нашей эры Аристотель написал труд «Метеорологика» — первую попытку осмыслить атмосферные явления. Он объяснял происхождение дождя, града, ветров и молний, предполагал, что верхние слои воздуха сухи и горячи, а нижние — прохладны и влажны. Греки уже тогда вели систематические записи о погоде. Аристотель, например, заметил, что град выпадает чаще весной, чем летом, и чаще осенью, чем зимой. Он же писал, что в Эфиопии дожди идут летом, а не зимой, как в Греции.
В те же времена у разных народов главным «синоптиком» выступал жрец или шаман. Он не пользовался приборами, и точность таких предсказаний, конечно, оставляла желать лучшего. Единственным механическим помощником долгое время оставался флюгер. Он показывал направление ветра — и только.
В Европе после падения Рима античная наука надолго ушла в тень. На смену пришла астрометеорология — «натуральная астрология», которая обещала предсказывать природные явления по движению планет и звезд. Крестьянские приметы существовали параллельно, но носили локальный и сугубо прикладной характер.
В XVI–XVII веках произошел переход к инструментальным измерениям; термоскопы и ранние термометры развивались в конце XVI — начале XVII вв., а Торричелли в 1643 изобрел ртутный барометр.
Как наблюдали за погодой на Руси
На Руси систематическая регистрация необычных погодных явлений началась задолго до первых барометров. В 37 томах полного собрания русских летописей сохранились сотни записей о бурях, наводнениях, засухах и лютых зимах. В XVI веке летописцы собрали в Русском хронографе данные об экстремальных природных явлениях за пятнадцать столетий.
В конце XVII века царь Алексей Михайлович приказал вести ежедневные визуальные наблюдения за погодой. Сведения заносили в журнал Тайного приказа с такими записями: «Декабрь. Сегодня день был дурен, а вечер тепл, как в сентябре». Тогда же в Россию привезли первые инструменты для фиксации атмосферных явлений, но организовать настоящую службу не удалось — не хватало подготовленных людей.
10 апреля 1722 года вышел указ о начале систематических метеорологических наблюдений. А 1 декабря 1725 года академик Фридрих Майер в Санкт-Петербурге провел первый в России инструментальный анализ погоды с помощью барометра и термометра. Петр I также предложил Академии наук «производить повсюду метеорологические наблюдения, а в наиболее важных местах поручать их продолжение надежным лицам».
Как в России появилась гидрометеорологическая служба
Долгие годы наблюдения оставались разрозненными: пунктов было мало, приборы различались, методы не совпадали. Только 13 апреля 1834 года император Николай I утвердил создание Нормальной магнитно-метеорологической обсерватории в Петербурге. С этого дня метеорологическая сеть России начала работать по единому руководству — эта дата считается днем рождения отечественной гидрометеорологической службы. В 1849 году на базе обсерватории создали Главную физическую обсерваторию (сегодня — Главная геофизическая обсерватория имени А.И. Воейкова), которая долгие годы оставалась главным научным центром гидрометеорологии страны.
В 1872 году Главная физическая обсерватория начала выпускать ежедневный метеорологический бюллетень и составлять синоптическую карту Европы и Сибири. Сводки приходили по телеграфу с 26 российских и 2 зарубежных станций.
Современная метеослужба страны родилась 21 июня 1921 года с подписанием декрета Совета народных комиссаров «Об организации единой метеорологической службы в РСФСР». 1 января 1930 года учредили Центральное бюро погоды СССР, которое позже преобразовали в Центральный институт прогнозов. В 1965 году его объединили с Мировым метеорологическим центром в Гидрометеорологический научно-исследовательский центр СССР — сегодня это Гидрометцентр России.
Как предсказывают погоду на ближайшие часы и дни
Краткосрочный прогноз — это предсказание метеорологических параметров на период от 12 до 72 часов. Именно его большинство людей имеют в виду, когда говорят о прогнозе погоды.
Задача составления краткосрочного прогноза распадается на два этапа. Сначала синоптик прогнозирует поля давления, температуры, влажности и осадков. Это опирается на законы гидродинамики: уравнения движения, притока тепла, сохранения массы, переноса влажности. Зная начальное состояние атмосферы, компьютер численно интегрирует эти уравнения и рассчитывает будущие поля. В качестве исходных данных используют фактические значения метеорологических величин с наземных и высотных станций, полученные дважды в день. Затем на основе этого прогноза синоптического положения делают заключения о том, как должна меняться погода в конкретном районе.
Процесс автоматизирован. Но синоптик не просто ждет, пока компьютер все посчитает. Синоптический метод составления прогнозов основан на анализе многочисленной фактической и прогностической информации. Прогноз — это всегда сочетание методов: объективные гидродинамические расчеты плюс опыт и интуиция специалиста. Оправдываемость синоптических краткосрочных прогнозов на сутки вперед составляет в среднем 90%.
Как предсказывают погоду на недели и месяцы
