Cовременный уровень физических основ и технических возможностей предсказания погоды и климата




В. Ф. Логинов
Академик Национальной академии наук Беларуси,
доктор географических наук, профессор


В настоящее время предел предсказуемости атмосферных процессов определяется как промежуток времени, в течение которого прогноз индивидуальных процессов представляет собой дополнительную информацию сверх той, которую дает их статистическое описание. По современным оценкам он составляет 2-4 недели. При прогнозировании погоды на более длительные периоды исходные данные, составляющие основу прогноза, утрачивают свое значение; при этом решающая роль начинает принадлежать внешним по отношению к атмосфере источникам энергии. Предел предсказуемости увеличивается, если использовать осредненные данные, закономерности последовательного развития макропроцессов, процессов взаимодействия океана, криосферы, биосферы и атмосферы, цикличность атмосферных процессов, связанную с внешними факторами, а также предикторов, которые имеют большую «память». Такой памятью обладают океан, криосфера, космос и др.

Большинство современных моделей не воспроизводят с необходимой степенью достоверности многие даже крупномасштабные моды долгопериодных изменений в климатической системе.

Современные климатические прогностические модели не могут предсказать быстрые скачкообразные долгопериодные изменения в климатической системе. Они слабо воспроизводят чередование эпох потепления и похолодания климата, а удовлетворительно описывают лишь трендовую составляющую в изменении климата.

Сложность протекающих в оболочках Земли процессов, неполнота сведений о физических факторах, определяющих изменения в климатической системе, делают пока принципиально невозможным точный прогноз долгопериодных изменений в климатической системе. Углеродный цикл в климатических моделях либо не учитывается вообще, либо учитывается грубо. Возникают большие сложности при учете обратных связей в климатической системе, взаимодействий атмосферы, гидросферы, криосферы и биосферы, а также облачного покрова. Несовершенной до сих пор является система управления данными о климатической системе (сбор, обработка, контроль, хранение и распространение данных).

Все вышеизложенное приводит к тому, что прогностические среднегодовые оценки глобального потепления климата к концу текущего столетия находятся в пределах 1 – 4.5°С, а долгосрочные прогнозы погоды (месячные, сезонные) имеют оправдываемость 65-70%.

Ситуация с оправдываемостью краткосрочных прогнозов более обнадёживающая. Оценки их оправдываемости, базирующиеся на положениях Технического кодекса установившейся практики, которые основываются на международной практике ВМО, на сутки превышают 95%, а на вторые-третьи сутки их оправдываемость не ниже 93%.

Однако здесь надо иметь ввиду ряд обстоятельств, которые ни при каких успехах гидрометеорологической науки не позволят добиться 100% оправдываемости:

1. В изменении атмосферных процессов имеется мощная вероятностная составляющая, которая может быть представлена только с определённой вероятностью.

2. Существующие мезомасштабные модели далеки от совершенства и не имеют должного пространственного разрешения. Например, экспериментальные данные показывают, что средний размер конвективных ячеек в атмосфере составляет 300 м. Исходные данные для модели WRF нанесены на сетку с шагом 30". При формировании расчётной сетки модели значения метеоэлементов в её узлах определяются по методу конечных разностей, поэтому при слишком малом шаге значения метеоэлементов усредняется («размажутся» по сетке), что затруднит прогнозирование экстремальных погодных явлений. Кроме того, существующие схемы параметризации конвекции не подходят для малого шага сетки. Минимальный шаг, при котором они способны достоверно воспроизводить конвективные процессы в атмосфере – 3-10 км, что в 10 раз больше среднего размера конвективной ячейки. В этой связи интересны сравнительные оценки размеров опасных метеорологических явлений: 1) поперечное сечение шквалов от 1 до 100 м, высота – 1 км, скорость движения 20-30 км/ч; 2) среднее поперечное сечение смерчей 100-250 м, средняя длина траектории перемещения смерчей 25 км, изменяясь от 1 до 160 км. В США поперечное сечения смерча (там его называют торнадо) может быть в два раза больше. Также следует отметить, что образование таких опасных метеоявлений в целом довольно тяжело предсказать, ибо в своём развитии конвективные ячейки доходят до точки бифуркации, в которой с равной вероятностью возможны оба варианта развития: формирование либо отсутствие условий формирования опасного метеоявления. Таким образом можно говорить скорее о сценарии образования шквалов, смерчей и пр., нежели о прогнозе. Кроме того, указанная выше модель WRF имеет возможность учёта влияния рельефа на поля метеоэлементов, работает со вложенными друг в друга расчётными сетками с изменяющимся шагом, негидростатической динамикой, 4-мерным усвоением данных, широким выбором параметризаций физических процессов. Однако необходима детальная настройка указанных возможностей, а также поиск конкретных схем параметризаций физических процессов, которые наиболее полно подходили бы к описанию атмосферных процессов на территории Восточной Европы и Беларуси.

3. Необходимость дальнейшего развития метеорологической сети и в первую очередь оснащение её доплеровскими радиолокаторами. Развитые страны полностью покрывают свои территории сетью доплеровских локаторов, которые позволяют отобразить поле скоростей ветра, крайне важную характеристику для метеопрогноза. Мы же пока располагаем всего двумя доплеровскими радиолокаторами.
Проведение в последние годы оптимизации сети наблюдений привело к закрытию метеорологических станций.

4. Недостаточный уровень развития метеорологической науки и образования. Беларусь до сих пор не имеет научной структуры в области гидрометеорологии. Даже такая маленькая страна как Грузия, которая раздирается национальными противоречиями, имеет такие научно-исследовательские структуры как гидрометеорологический институт, институт географии, институт геофизики. До настоящего времени в Республике Беларусь не ведётся подготовка специалистов в области физики атмосферы, тогда как известно, что метеорология и климатология относятся к разряду в первую очередь физико-математических наук. Следует отметить, что в руководстве ВМО по подготовке специалистов-гидрометеорологов в первую очередь указаны предметы физико-математического профиля.

В заключение хотелось бы ещё раз подчеркнуть, что недостаточность знаний о процессах, происходящих в климатической системе, наличие мощной вероятностной составляющей в изменении погоды и климата, несовершенство существующих глобальных, региональных и мезомасштабных моделей не позволит достичь 100% оправдываемости краткосрочных и тем более долгосрочных прогнозов погоды в ближайшие десятилетия.

Выход только один – укрепление научного потенциала и научно-технической базы Гидромета, которые позволят ему стать одной из самых наукоемких структур. Это позволит увеличить оправдываемость прогнозов погоды разной заблаговременности и улучшить эффективность применения знаний о погоде и климате в погодо- и климатозависимых отраслях.

Причинами сложившейся в стране ситуации, кроме названной выше сложности проблем предсказания погоды и изменений климата, является отсутствие полного доверия потребителей к существующим прогнозам и используемым формулировкам прогноза погоды, например, таким как «осадки местами», «осадки временами», а также предлагаемой к использованию климатической информации. Однако здесь только частично вина лежит на Гидромете, который обязан пользоваться и пользуется оценками оправдываемости прогнозов, основанными на международной практике. Более важным является отсутствие должной подготовки потребителей по адекватному применению прогнозов и климатической информации при осуществлении хозяйственной деятельности. В этой связи необходимо развернуть более активное обучение потребителей по использованию информации о погоде и климате в различных отраслях экономики.


▪ Поделиться статьёй «Cовременный уровень физических основ и технических возможностей предсказания погоды и климата» → Tweet.

▪ Опубликовано 11.08.2016 | Адрес: http://pogoda.by/press-release/?page=519

Условия републикации «Cовременный уровень физических основ и технических возможностей предсказания погоды и климата».

 

 

 

 

Старый сайт: Cовременный уровень физических основ и технических возможностей предсказания погоды и климата.