Предсказание погоды на долгий срок


Мы рассказали вам о тех атмосферных процессах, которые можно ежедневно видеть на синоптических картах. Прослеживая за перемещением циклонов и антициклонов, воздушных масс и фронтов, синоптик может предсказать погоду только на 2—3 дня вперед: через 3—4 дня почти все наблюдаемые на сегодняшней карте циклоны и антициклоны исчезнут, на их месте образуются новые барические области, а воздушные массы изменят свои свойства (трансформируются).

Но знать погоду на неделю, на месяц и на целый сезон вперед еще более важно, чем знать ее на несколько часов и дней. Чем раньше мы будем знать характер предстоящей погоды, тем лучше сможем к ней подготовиться. Это особенно важно для сельского хозяйства и для различных государственных мероприятий, требующих широкой заблаговременной подготовки.

Практическая важность проблемы долгосрочного предсказания погоды толкала многих исследователей на изобретение самых различных путей для ее решения.

Очень многие исследователи исходили из того, что общее количество воздуха на земном шаре остается все время одинаковым. Поэтому, если в одном каком-либо районе количество воздуха уменьшается и давление понижается, то в другом месте давление должно соответственно увеличиться. Стали искать связи между изменениями температуры, давления и других элементов в отдаленных друг от друга районах земного шара. Для этого вычерчивали графики изменения температуры, давления, количества осадков и т. д., ото дня ко дню либо от месяца к месяцу. Сравнивая графики какого-либо элемента для различных мест, можно иногда подметить, что если, например, на одном графике его кривая повышается, то одновременно на графике для другого места эта кривая понижается. Было найдено много таких связей между различными точками земного шара; эти связи были обработаны математически и выражены при помощи числовых величин. Однако практический результат этих исследований был невелик—метода предсказания погоды на долгий срок они все же не дали.

Другие исследователи пытались изучить кривые изменений метеорологических элементов с целью найти периодичность этих изменений, то есть повторяемость повышений и понижений давления или температуры через определенные промежутки времени. Но и этот путь завел в тупик: предсказывать погоду по таким кривым оказалось невозможным.

Задача казалась неразрешимой, и многие ученые, особенно за рубежом, вообще высказывались о принципиальной невозможности когда-либо добиться предвидения погоды на долгий срок. Это убеждение так укоренилось, что когда в 1915 году русский ученый Б. П. Мультановский предложил свой метод долгосрочного предсказания погоды, то к его предложению многие отнеслись с большим сомнением. Б. П. Мультановский смог широко применить свой метод только после Великой Октябрьской социалистической революции.

Первое в мире долгосрочное предсказание погоды для нужд народного хозяйства было дано в июне 1921 года, и с этого времени такие предсказания даются постоянно.

Иначе обстояло дело за границей. Только в конце 30-х годов в Германии и затем в США начали разрабатываться методы предсказания погоды на 5—10 дней вперед. Регулярные предсказания на месяц и сезон и сейчас даются только в Советском Союзе. Таким образом, долгосрочное предсказание погоды является достижением советской науки.

В чем же заключается советский метод долгосрочного предсказания погоды, разработанный ныне покойным Б. П. Мультановским и его учениками?

Погода обладает одной особенностью, которую называют «инерцией погоды», то есть стремлением сохранить в течение некоторого промежутка времени свой общий характер неизменным. Б. П. Мультановский установил, что общий характер погоды обычно остается неизменным в течение 5—9 дней. Так, например, в течение такого периода времени погода может быть неустойчивой, с продолжительными осадками и кратковременными прояснениями, с резкими потеплениями и похолоданиями. Затем наступает перелом и может установиться период ясной и сухой погоды, который в свою очередь через 5—9 дней вновь может смениться периодом погоды с осадками. Иногда же друг за другом следует несколько однородных периодов.

Б. П. Мультановский решил исследовать, какие положения на синоптических картах соответствуют периодам неустойчивой погоды с осадками и периодам ясной погоды. Но как подойти к решению такого вопроса? Ведь за 5—9 дней на картах сменится множество самых различных положений, разовьется, переместится и исчезнет столько циклонов, антициклонов, воздушных масс! Как выделить во всем этом многообразии самое основное, самое главное?

Б. П. Мультановский, пользуясь ежедневными синоптическими картами, стал составлять особые карты, которые он назвал сборными. На эти карты наносилось изо дня в день только положение центров циклонов и антициклонов: центры циклонов изображались на такой карте черными кружками, центры антициклонов — светлыми кружками. Один и тот же циклон или антициклон давал на сборной карте несколько кружков, отмечавших его положение на нескольких последовательных синоптических картах от момента его возникновения до момента исчезновения: рядом с кружком на сборной карте ставилась дата той синоптической карты, с которой он был снят.

Казалось бы, на сборной карте должен получиться хаос черных и светлых кружков, разбросанных вперемежку друг с другом. Однако Мультановскому удалось открыть одну очень важную и интересную особенность сборных карт. В пределах тех периодов времени в 5—9 дней, в течение которых общий характер погоды в отдельных районах остается приблизительно одинаковым, черные кружки циклонов группируются на карте отдельно от светлых кружков антициклонов. Это и понятно, если вспомнить, что циклоны создают неустойчивую погоду с осадками, а антициклоны связаны с ясной, устойчивой погодой. Когда такой период кончается, то кружки циклонов меняются местами с кружками антициклонов, черные кружки начинают наблюдаться в той области, которая была раньше занята одними светлыми кружками, а светлые кружки, наоборот, — в области черных.

Продолжать наносить кружки барических центров на прежнюю сборную карту становится теперь неудобным и бесцельным — в результате получилась бы только путаница черных и светлых кружков. Поэтому Мультановский предложил для каждого периода (пока кружки циклонов группируются отдельно от кружков антициклонов) составлять отдельную сборную карту. Такой период он назвал естественным синоптическим периодом.

На рис. 12 и 13 даны примеры сборных карт для двух естественных синоптических периодов — с 20 по 26 января и с 27 января по 4 февраля 1935 года. Кривые линии на этих картах разграничивают области циклонов и антициклонов.

В течение семи дней, с 20 по 26 января, погода сохраняла одинаковый характер на больших пространствах. Например, над Черным морем! и Украиной господствовали антициклоны и наблюдалась ясная погода: без осадков. 27 января произошла резкая перемена и начался новый период, который продолжался девять дней. В эти дни над Черным морем и Украиной проходили циклоны с неустойчивой погодой и осадками. В других частях карты антициклоны также сменились циклонами или наоборот, циклоны сменились антициклонами.

В то время, когда Б. П. Мультановский впервые исследовал естественные синоптические периоды, понятие о фронтах и воздушных массах еще не было достаточно разработано. Последующее развитие науки вполне подтвердило идею Мультановского и дало более глубокое физическое обоснование существованию таких периодов. Теперь мы знаем, что 5-9-дневный период господства в каком-либо обширном районе циклонов связан часто с серией циклонов, образовавшихся на одном фронте, а период господства антициклонов — обычно с замыкающим эту серию антициклоном в холодной воздушной массе. Этот холодный антициклон проникает далеко к югу в тылу последнего циклона серии, и в нем происходит затем постепенное прогревание холодной воздушной массы и ее превращение в массу теплую.

Заслугой Б. П. Мультановского было и то, что он нашел удобный метод изображения длительных атмосферных процессов на одной карте, который позволил ему решить главную задачу — разработку метода долгосрочного предсказания погоды. Сборные карты естественных синоптических периодов, составленные за большое число лет, и были теми «кирпичами», из которых было построено «здание» долгосрочного предсказания погоды.

Предсказание погоды тем труднее, чем длиннее тот период, па который оно рассчитано. Поэтому Мультановский начал с предсказаний на естественный синоптический период, то есть примерно на неделю вперед.

Мультановский показал, что уже в самом начале естественного периода положения первых центров циклонов и антициклонов определяют те географические районы, в которых они будут в дальнейшем группироваться. Значит, уже в начале периода можно наметить его будущую сборную карту. Этому помогает также архив сборных карт, составленных за много лет: среди них отыскиваются сходные и сравнение с ними помогает уточнить характер будущей сборной карты.

Остается установить характер будущей погоды.

Первую приближенную характеристику погоды дает уже само распределение циклонов и антициклонов на «предсказанной» сборной карте. Но этого мало: нужно еще предсказать, будут ли наблюдаться в отдельных районах многие важные явления — штормы, оттепели, заморозки, гололед и т. д. Для этого служат опять-таки сходные сборные карты за прежние годы; для них условия погоды известны, и эти данные используются для предсказания будущей погоды. Кроме того, для ряда явлений, например для штормов на Черном море, имеются специальные сборные карты, на которых собраны кружки циклонов и антициклонов не для одного, а для нескольких естественных периодов за прежние годы, в течение которых на Черном море наблюдались штормы. Сравнение «предсказанной» карты с такой сборной картой штормов позволяет сразу решить, угрожает ли Черному морю шторм в предстоящем периоде. Так дается предсказание погоды на естественный синоптический период, то есть не более чем на 10 дней. Задача предсказания погоды на месяц и на сезон вперед более сложна.

Для решения этой задачи Мультановский использовал еще один метод — он стал составлять карты путей движения центров антициклонов. Если наносить на карту точки, в которых находился центр одного и того же антициклона на последовательных синоптических картах, и затем соединить эти точки линией, то мы получим изображение пути движения антициклона. Таким же способом можно получить и пути движения циклонов, но они оказались более запутаны, чем пути антициклонов, а потому и менее пригодны для долгосрочного предсказания погоды.

Пути антициклонов за многолетний период были нанесены на карту. Получилась внешне очень сложная картина: кривые линии путей антициклонов разбегались по карте в разные стороны, пересекались и перепутывались между собой, покрывая всю карту своеобразной сеткой. Опять встал вопрос: как разобраться в такой путанице, выделить в ней самое главное и существенное? Мультановскому удалось вскрыть несколько важных особенностей путей движения антициклонов.

Во-первых, оказалось, что антициклоны движутся вовсе не в любом направлении, а у них есть «излюбленные» пути. Эти пути можно подразделить на две группы. Одни антициклоны приходят на нашу территорию с запада, причем они зарождаются преимущественно над Атлантическим океаном в районе Азорских островов и поэтому называются антициклонами азорского происхождения. Другие антициклоны приходят к нам с севера: они зарождаются в различных районах Арктики и называются полярными.

Во-вторых, линии путей полярных антициклонов не разбросаны беспорядочно по всей карте, но группируются в пучки. Можно найти среднюю линию, или ось, для каждого пучка. На рис. 14 представлены эти оси путей полярных антициклонов.

В-третьих, Мультановский обнаружил, что движение антициклонов по определенным осям сохраняется в течение продолжительного времени—-порядка месяца и иногда даже сезона. Так была найдена основа для предсказания погоды на более длительный промежуток времени, чем естественный синоптический период.

Затем Мультановский составил сборные карты для тех периодов, когда антициклоны двигались по какой-либо определенной оси. Эти карты дали возможность установить, какой общий характер погоды наблюдается в различных районах при движении антициклонов по этой оси.

Таким образом, когда антициклоны еще только начинают поступать к нам по какой-либо оси, можно предсказать с большой вероятностью, что они еще некоторое время будут двигаться по этому же пути. Зная погоду, которая возникает обычно при таком положении в большом районе, можно предсказать и общий ее характер на тот же период времени.

Но этого было еще недостаточно, и Мультановский занялся исследованием того, при каких условиях антициклоны выбирают для своего движения ту или иную ось.

Было обнаружено, что это зависит от распределения давления в тех районах, откуда оси берут свое начало. Мультановский назвал эти области центрами действия атмосферы. Зная состояние центров действия атмосферы, можно предсказать, по каким осям будут двигаться антициклоны, а отсюда и сделать вывод, какова будет погода на нашей территории. С учетом этих соображений погода может быть предсказана уже на более долгий срок порядка целого сезона — на всю зиму, на всю весну и т. д.

Мы уже могли убедиться, что чем длиннее тот период времени, на который дается предсказание погоды, тем труднее дать это предсказание.

Поэтому ошибки в долгосрочных предсказаниях погоды случаются чаще, чем в краткосрочных. Большую роль в этом играет и то, что на обычных синоптических картах причины и последовательность явлений нам в основном известны, мы можем их научно объяснить. Долгосрочные предсказания пока еще в основном построены на изучении того, как обычно протекают крупные и длительные атмосферные процессы, как они обычно сменяют друг друга. Однако в большинстве случаев наука не может дать ответа на вопрос, почему эти процессы именно так развиваются.

Исследования по долгосрочным предсказаниям погоды производятся в нашей стране и после смерти Б. П. Мультановского под руководством ряда его учеников: С. Т. Пагава, Г. Я. Вангенгейма и других. Современные исследователи располагают для этого такими материалами, которые не были еще доступны Мультановскому.

Так, например, применение аэрологических карт открыло новые пути не только для краткосрочных, но и для долгосрочных предсказаний погоды.

Если раньше синоптические карты составлялись только для нашей территории и Западной Европы, то теперь применяются карты погоды, охватывающие не только все северное, но и южное полушарие. Вполне понятно, что такой материал дает гораздо более полное представление об атмосферных процессах и более серьезное основание для долгосрочных прогнозов.

Все это дает уверенность, что упорная работа советских ученых приведет к окончательному разрешению сложной проблемы долгосрочного предсказания погоды, столь важной для нашего планового социалистического хозяйства.