Как раньше предсказывали погоду кратко
Обновлено: 30.06.2024
Вы как хотите, я верю во многие народные предсказания: проверяла, и не раз. Наверняка этому есть какое-то научное объяснение, иначе как объяснить, почему чайник шумно закипает накануне похолодания или воробьи купаются в пыли перед дождем?
Издавна человек пытался предсказать будущее, особенно в части погодных условий. И это было жизненно важно, а почему сейчас, в эру цифровых технологий, со смартфоном в руке по-прежнему верим в приметы? Наверное, потому, что они реально работают, проверенные не одним поколением, а позже доказанные учеными, и часто оказываются вернее прогнозов синоптиков. Итак, начинаем топ самых точных народных приметы о погоде.
Ласточки низко летают – к дождю
Старинная примета безошибочного предсказания осадков. Любимый образ поэтов-романтиков.
Как это объяснить: благодаря ученым-биологам, орнитологам и энтомологам оказалось, что волшебства в этом предсказании нет, одна пищевая цепочка. Накануне дождя в воздухе повышается влажность, и крылышки мошек и прочих мелких насекомых, которыми питаются ласточки, становятся тяжелее, им трудно подняться до привычной высоты полета. А птицы всего лишь ищут себе пропитание.
Красный закат – летом к ветреной погоде, зимой – к морозу
Сейчас это зрелище вызывает эстетический восторг и вряд ли у кого-то ассоциируется с надвигающимся циклоном.
Как это объяснить: природные явления иногда кажутся простым обывателям внезапными, мол, налетел ураган, посыпался град и т. д. На самом деле ничего не бывает случайно, тем более в природе с ее незыблемыми законами физики. На закате световым лучам приходится преодолевать больший слой атмосферы, которая, как фильтр, рассеивает все цвета, кроме устойчивого к помехам красного. Перед непогодой ухудшается прозрачность атмосферы, а увеличившаяся скорость ветра поднимает в воздух гораздо больший объем пыли, она и помогает нам лучше видеть красное свечение.
Чайник шумно закипает – к похолоданию
Как это объяснить: при похолодании увеличивается атмосферное давление, соответственно повышается температура закипания и усиливается громкость шума от естественного процесса кавитации (это когда пузырьки воздуха лопаются в жидкости).
Лягушки громко квакают – к ясной погоде, тихо – к дождю
Если оказаться около водоема вечером, то можно понять, какая погода установится завтра. Услышали концерт из трелей? Это земноводные радуются будущей ясной погоде. Глухое кваканье предвещает пасмурный день, лягушки выбираются на берег из воды и вещают миру свой унылый прогноз.
Как это объяснить: оказывается, лягушки – барометры еще те. У них перед дождем даже цвет кожи меняется, появляется сероватый оттенок или желтый (к ветру). Организм земноводного готовится к погодным условиям заранее.
Перед дождем кошка прячет лапой нос, перед похолоданием – сворачивается клубочком, вытягивается на спинке – к теплу
Настоящие синоптики, пушистые питомцы, не ошибаются в предсказаниях. Но если с теплой погодой все понятно, кошке комфортно, и она, вальяжно развалившись, спит, то накануне похолодания или ветров начинает тревожиться.
Как это объяснить: природные инстинкты и никакой мистики. Кстати, не только домашние, но и дикие животные ведут себя аналогичным образом. Нос – чувствительный орган, реагирует на небольшое изменение температуры или атмосферного давления (что и бывает перед непогодой). Вдыхая холодный воздух, кошка может простудиться и заболеть. Поэтому она перестраховывается и даже в помещении прикрывает лапой нос и ищет местечко потеплее, чтобы свернуться клубочком и согреться.
Воробьи купаются в пыли – к дождю
Эти проворные птички стали героями не одной приметы – в фольклоре они наделены особой чувствительностью к погодным условиям, поэтому в былые времена по воробьям определяли, будет ли зима морозной, лето засушливой или день дождливым.
Как это объяснить: когда воробьи устраивают себе пыльные ванны, кувыркаясь и посыпая себя песком, они действительно проводят таким образом гигиенические процедуры, избавляются от паразитов-пухоедов. Иначе к зиме останутся гол как сокол, то есть без перьев. Почему накануне дождя? Вероятнее всего, что из-за сниженного атмосферного давления вредоносная живность активничает, и воробьи, не выдержав зуда, чистят перышки.
Садовые цветы чувствуют приближение осадков
Одуванчик и клевер собирают свои шапки в зонтик, кувшинки, пионы, ноготки и лютики, чистотел поникают, на крупных листьях канн образуются капельки воды, кстати, так же как и на лапах экзотической комнатной монстеры. Другие растения, например, роза, желтая акация, жимолость, за 6 8 часов перед ливнем выделяют сильный аромат.
Как это объяснить: таким образом растения прячут пыльцу и защищают ее от смывания. Семена одуванчика легко разлетаются от ветра в сухую погоду, но крепко держатся в собранном виде в ненастье. Ароматом цветы привлекают к себе пчел и других насекомых для скорейшего опыления.
Перед стихией становится тихо
Это наводящее ужас затишье, когда небо затянулось черными тучами, вода в море стала неестественного свинцового цвета, а животные спрятавшись, притаились в ожидании, лучше переждать дома, потому что стихия развивается внезапно, есть риск не успеть добраться до укрытия.
Как это объяснить: метеорологические признаки грозового фронта, который гасит ветер, понижает температуру и атмосферное давление. Мертвая тишина в природе всегда предшествует сильной грозе с ливнем.
Сильная роса на траве – дождя не будет
Для городской жизни почти ненужная примета, а для дачного отдыха – полезная. Потому что по росе внимательные и наблюдательные люди делают прогноз погоды на день. Издавна капли воды на траве наделяли чудодейственными и лечебными свойствами. Считалось, что роса лечит от многих недугов и избавляет от сглаза.
Как это объяснить: появление росы на траве бывает после теплого дня и прохладной ночи. Принцип конденсата – при соприкосновении теплого и холодного воздуха. Ночью температура воздуха быстрее понизится, если на небе не будет туч. Так, чистое звездное небо свидетельствует о ясной погоде.
Солнце село в облаках – жди дождя
Во время заката горизонт весь в тучах и слоисто-перистых облаках.
Как это объяснить: тепловые процессы в атмосфере заканчиваются после обеда, образуя облака. Ветер должен их разогнать, но если этого не произошло, будет ненастье.
Первые прогнозы
Прогнозы мореплавателей
Первые математические подходы к прогнозированию погоды
В XIX веке состоялось бурное развитие термодинамики и гидродинамики. Как следствие, прогнозирование погоды также перешло на новый математический уровень понимания проблемы.
- Шаг диагностирования текущего состояния погоды.
- Шаг прогнозирования погоды на интервал времени вперед.
Идея Ричардсона о прогнозе погоды
Парадоксально, но и главной заслугой, и главной ошибкой Ричардсона стал один единственный численный расчет прогноза изменения давления в конкретной точке Европы, который он привел в своей книге. С одной стороны данный пример стал первым математическим примером расчета прогноза погоды. С другой — этот пример расчета имел совершенно абсурдный результат. По расчетам ученого изменение давления через 6 часов должно было составлять 14.5 кПа, что является абсурдной величиной.
Расчет его был верен, ошибка состояла в некорректности начальных условий. Последовавший через годы пересчет начальных условий показал, что предложенный Ричардсоном алгоритм является корректным.
Этот знаменитый пример привлек на его сторону амбициозных математиков, и он же оттолкнул от его работ всех сомневающихся. Понадобились десятилетия, прежде чем произошла первая комплексная реализация математической модели Ричардсона.
Развитие моделей прогнозирования в середине XX века
После достижений науки в области численных методов, изобретений первых электронных вычислителей (компьютеров), а также изобретения радиозонда к идеям Ричардсона вернулись. Вернулся к ним знаменитый математик Джон фон Нейман вместе с Джулом Чарни в рамках проекта Electronic Computer Project на базе Принстонского университета в 1946 году.
В рамках проекта одной из решаемых задач стала задача прогнозирования погоды, которой руководил Джул Чарни. В результате работ, выполненных по заказу ВМФ США был разработан Electronic Numerical Integrator and Computer (ENIAC). На этой-то машине и осуществился первый математический прогноз погоды в 1950 году.
В рамках реализации модели Ричардсона возникли, конечно, сложности и дополнительные ограничения, однако группа специалистов под руководством Чарни сумела преодолеть математические сложности и добиться от новой системы адекватных результатов. Результаты работ Чарни публиковались с 1947 по 1955 год и стали основой для дальнейшего развития математического моделирования состояния атмосферы.
Далее, в 1956 году вышла работа Филлипса, посвященная глобальным циркуляционным моделям атмосферы. В этих моделях вся поверхность земли делилась на прямоугольники (горизонтальная сетка) и имела вертикальный размер, чаще всего задаваемый абсолютным или относительным давлением. Все расчеты в этой модели базировались на модели Ричардсона.
Разработанные Филлипсом циркуляционные модели стали громадным этапом в развитии метеорологии. С тех пор такого рода модели многократно усложнились и увеличились. На сегодняшний день они являются основой для формирования как краткосрочного, так и долгосрочного прогноза погоды.
Современные системы прогнозирования погоды
Сегодня лидером в области разработки и усовершенствования моделей прогнозирования погоды является European Centre for medium-range weather forecasts (ECMWF).
ECMWF использует самую современную циркуляционную модель со сложнейшим толкованием физических процессов. Разрешение модели 25 на 25 км, она имеет 91 уровень по вертикали. Начальные условия для расчета готовит четырех размерная схема ассимиляция, использующая данные со спутников. Все данные приведены на 2007 год.
ECMWF делает следующие прогнозы: прогноз погоды на 10 дней вперед, прогноз на месяц вперед, сезонный прогноз более 6 месяцев вперед. Аппаратная часть ECMWF предоставлена компанией IBM и называется High Performance Computing Facility (HPCF). HPCF включает два одинаковых кластера p690+. Каждый кластер состоит из 68 серверов, каждый из которых имеет 32 CPU с частотой 1.9 GHz. Пиковая производительность составляет 16.5 терафлопс на каждый кластер.
Заключение
Прогноз погоды людей интересовал веками, лишь 150 лет назад к этой задаче подошли комплексно. Только 110 лет назад эта задача впервые получила математическое описание. За прошедший век развитие систем прогнозирования и моделирования атмосферы стало революционным. Однако эта революция потребовала громадных усилий самых талантливых математиков XX века, а также неисчерпаемых инвестиций в аппаратно-программное обеспечение.
На графике ниже видно, как с годами совершенствовалось качество прогноза погоды: он из года в год, от модели к модели становится точнее. К сегодняшнему дню проделана такая громадная работа в области моделирования атмосферы, что дух захватывает. И эта работа ежедневно продолжается.
Можно ли построить систему, в которой бы все можно было учесть и прогнозировать очень точно? Опыт разработки математических моделей атмосферы показывает, что можно. И только постоянная научно-исследовательская работа, сопряженная с постоянной практикой, на протяжении десятилетий способна повышать качество прогноза за счет применения все усовершенствованных моделей.
К сожалению, мой опыт общения на эту тему показывает, что прогноз нужен очень точный, сейчас же, без промедления, а инвестиции как временные, так и финансовые в область развития моделей прогнозирования многие считают бесполезной тратой денег.
С давних времен человечество неизменно следит за погодными явлениями. В наше время узнать погоду можно за несколько секунд, перейдя на сайт погоды, или взглянув на приложение в телефоне. А как раньше узнавали погоду?
Время шло, и люди начали задумываться над защитой от непогоды: одних предсказаний было недостаточно. Именно в те времена и началось возведение дамб, устройств для орошение урожая и полей, и многое другое.
Большими помощниками в предсказании погоды стали дикие и домашние животные, насекомые и растения. Например, если в конце лета наших предков кусали мухи – это стало признаком надвигающейся непогоды.
Большое изменение в предсказании погоды произошло в середине 19 века, когда человечество начало возводить первые метеорологические станции, которые стали стартом и символом современной метеорологии.
Многочисленные погодные датчики, размещенные на поверхности Земли и над ней, в море и на орбите, измеряют целый ряд погодных параметров, которые помогают максимально нарисовать наиболее полную картину погоды на нашей планете. Сбор погодной информации ведется метеорологическими организациями по всему земному шару, а затем национальные метеослужбы обмениваются ею со своими коллегами в других странах.
Сегодня прогноз погоды — уже не просто решение сложной математической задачи или гадание по облакам. Сегодня для его составления, помимо сложных технологий, используется и пользовательский опыт об ошибках. Это позволяет сделать прогноз осадков точнее на 20%, с детализацией до дома.
Гадание на погоду
Люди пытались прогнозировать погоду с глубокой древности. Не имея точных инструментов, они ориентировались на символы, суеверия и приметы. Это была скорее попытка угадать будущее, чем предвидеть. Однако этот анализ череды закономерностей стал, возможно, первым прогнозом, который сформулировал человек. Он не был точным, но применялся на практике — в земледелии и мореплавании.
Первые научные обоснования
Революционное изменение в прогнозировании произошло в XVII веке. Идею создания прибора для предсказания погоды выдвинул Галилео Галилей, а его ученики, Эванджелисто Торричелли и Винченцо Вивиани, реализовали ее. В 1643 году появился первый ртутный барометр и известная всем мера измерения — миллиметры ртутного столба.
С этого момента по давлению в конкретной точке можно было гораздо точнее предсказать, какая будет погода — солнечная (повышение давления) или дождливая (понижение давление). Несмотря на то, что с помощью барометра отслеживали только моментальное значение давления, а для точности прогноза необходимо знать тенденцию его изменения, это был первый научный способ прогнозирования, где применялись законы физики. Научный прогресс и развитие технологий превратили первых энтузиастов в исследователей, которые стали создавать общества метеорологов.
Прогнозы за рубежом
Уже к концу XIX века метеорологи поняли, что для составления точных прогнозов должна применяться математическая модель. Пионером в этой области стал американский метеоролог Кливленд Эббе. Его первые работы относятся к 1873 году, а в 1901 году он впервые привлек математику для решения задачи прогнозирования погоды. По сути, Эббе предложил использовать модели для прогнозирования погоды с помощью законов гидродинамики и термодинамики.
Сразу после, а именно в 1904 году, была опубликована работа норвежского метеоролога Вильгельма Бьеркнеса, в которой он предложил разделить процесс прогнозирования погоды на два шага — диагностирование текущего состояния и прогноз на интервал времени.
Также Бьеркнес стал первым, кто выделил 7 основных переменных, описывающих состояние атмосферы: давление, температура, плотность, влажность и два компонента скорости воздушных потоков. Он же разработал и первую систему уравнений, решение которой дает прогноз погоды.
Действительным новатором и вдохновителем всех последующих поколений метеорологов стал Льюис Фрай Ричардсон, который в 1922 году первый применил численные методы для интегрирования системы уравнений Беркенса.
Расчет Ричардсона дал абсурдный результат — изменение атмосферного давления над Мюнхеном по прогнозу составило бы 14.5 кПа за 6 часов (это аномальный рост, которого не произошло). Однако ошибка была не в уравнении, а в некорректных условиях. Эксперимент повторили спустя десятилетия, применив более точные данные, и он оказался удачным. Таким образом Ридчарсон стал первым метеорологом, который успешно использовал математическую модель прогнозирования.
Российская практика
Первые метеорологические наблюдения в России начались еще в 1725 году.
В 1834 году была издана резолюция императора Николая I об организации сети регулярных метеорологических и магнитных наблюдении в России. А в 1837 году стали выходить брошюры с прогнозами погоды на французском языке, которые выпускались под руководством академика Адольфа Купфера. К этому времени наблюдения уже проводились в различных частях нашей страны, но технологическая система и руководство всеми наблюдениями по единым методикам и программам появились впервые.
Советская техника прогноза
Современная метеорологическая служба в России была создана 21 июня 1921 года, а 1 января 1930 года в Москве было образовано Центральное бюро погоды СССР. В том же году в Ленинграде впервые в мире был запущен метеорологический зонд, который поднялся на высоту около 8 км, измерил температуру воздуха и отправил на землю радиосигнал.
Тогда ученые получили технологию, которая позволила снимать показания достаточно высокой точности на большой высоте. С тех пор для составления прогнозов, которые включают в себя показатели давления, температуры, осадков и направления ветра, используются карты, с погодными параметрами, полученными на разной высоте. С некоторыми изменениями эта технология используется по сей день.
Космическая одиссея
Среди десятков метеорологических спутников на орбите есть два российских: Арктика-М и Электро-Л. Это позволяет накапливать большой объем данных и строить метеорологические модели. Поскольку речь идет о терабайтах данных, работать с таким объемом информации вручную метеорологи не в состоянии. Для анализа и прогнозирования стали использоваться суперкомпьютеры, которые способны работать с глобальными моделями прогноза погоды. Эти модели разбивают атмосферу Земли на кубики, в каждом из которых решается уравнение со своими вводными.
Прогнозы становятся точнее
За последние полтора века, начиная с первых попыток использования математических моделей и до применения спутников и зондов, прогнозы стали намного точнее. Рост точности прогнозов в нашей стране был связан с восстановлением сети метеостанций в послевоенное время и введением численных прогнозов в 60-е годы.
Но с высокой долей вероятности узнать погоду на ближайшие выходные было невозможно еще несколько десятков лет назад. Сегодня получить достаточно точный прогноз можно с помощью сайтов и мобильных приложений, которые рассказывают о погоде как на ближайший час, так и на месяц вперед.
В этом помогли спутниковое зондирование атмосферы, более быстрые и мощные компьютеры и прогресс в пониманием физики и динамики атмосферы, поэтому сегодня прогноз погоды на неделю стал гораздо точнее, чем прогноз погоды на завтра несколько десятилетий назад.
Станут ли прогнозы еще лучше
Как уже было сказано, улучшение прогнозирования зависит от увеличения точности данных и их количества. Однако тут существует ряд препятствий. Ставить станции в труднодоступных районах тяжело, а увеличивать охват за счет роста их количества дорого. Но даже при таком подходе результат прогнозирования не будет 100% точным.
Meteum 2.0 учитывает прогнозы пяти различных моделей прогноза погоды, одна из которых своя собственная. К ним добавляются также спутниковые снимки и радарные измерения. Информация обрабатывается и комбинируется с помощью модели машинного обучения на базе CatBoost и нейронных сетей. Она позволяет учитывать не только скорость ветра, температуру воздуха и другие погодные параметры, но и дополнительные факторы — например, удалённость от водоёма или высоту солнца над горизонтом.
В дальнейшем синергия машинного обучения, больших данных и пользовательского опыта позволит повысить качество прогнозов погоды, а также увеличить точность долгосрочных прогнозов. Ведь еще совсем недавно казалось невероятным сделать точный прогноз на несколько дней, а сегодня каждый человек может сам поучаствовать в составлении прогноза и сделать его точнее.
Читайте также: