ВЛАДИМИР ГУБАЙЛОВСКИЙ: НАУКА БУДУЩЕГО

 

Это лето выдалось не просто жарким, а самым жарким за все времена. Поскольку постоянные метеорологические наблюдения ведутся 130 лет — эти 130 лет «все времена» и есть.

26 июля в 15.00 на главной станции метеонаблюдений в Москве, где, собственно, и регистрируют рекорды, температура достигла +37,4 градуса по Цельсию. Это на 1,2  градуса выше, чем летом 1920 года, которое до сих пор считалось самым жарким. В некоторых районах города было и +38, и это — «температура воздуха», то есть — температура в тени. На солнце днем градусник показывал устойчиво за 40 градусов.

Самое, может быть, трудное для совершенно не готовых к такой жаре людей  — то, что дневная температура, не спадая, держится выше 30 градусов больше месяца. Но еще мучительней то, что ночная температура в этом июле примерно равна среднестатистической дневной.

Обычно июль в Москве — самый жаркий месяц в году. В это время дневная температура держится на уровне 23 градусов, а ночью опускается до 13. Этим летом ночью температура очень редко опускалась ниже 23. Как спать в раскаленном доме, когда нечем дышать, а наволочка и простыня мокры от пота?

На внешней поверхности бетонных стен, кажется, уже можно жарить яичницу. Каждое движение воздуха тело воспринимает с благодарностью, но ветра почти нет. Москвичи приспособились спать во дворах. Трава на газонах превратилась в сено прямо на корню. Под ногами шуршат и хрустят сухие листья, как в сентябре. Тополя почти облетели.

 

Заместитель генерального директора Гидрометеорологического бюро Москвы и Московской области Галина Максимова объяснила Русской службе Би-би-си причины такой жары: «Москва оказалась в западной части антициклона, то есть области повышенного атмосферного давления, центр которого находится в Среднем Поволжье. Внутри антициклона ветер всегда движется вокруг центра по часовой стрелке. Стало быть, в Москву поступает воздух из юга-востока — с Иранского нагорья, Южного Поволжья и казахской степи. Воздух очень сухой, облаков мало, поэтому он прогревается очень быстро. Плюс самые длинные дни в году»^[24]. Все вроде бы понятно, более того, любой желающий может увидеть этот антициклон на спутниковых снимках, которые во множестве выкладываются на погодных сайтах. Вопрос стоит иначе: откуда же взялся этот огромный — чуть ли не 5 тысяч километров в диаметре — антициклон? И можно ли было предсказать такой погодный катаклизм?

 

Я пишу эти заметки 28 июля, ранним утром. Воздух еще не раскалился, и мозги не начали плавиться. Как раз завтра — 29 июля — ожидается самый горячий денек этого лета, который внесет в жаркие рекорды новую поправку. И я к такому прогнозу отношусь с полным доверием: точно предсказывать погоду на день вперед и даже почти точно на пять дней вперед мы уже научились. А вот делать долгосрочные прогнозы — на сезон или на месяц — увы, нет. И судя по всему, не научимся никогда.

Купил бы я на последние деньги кондиционер в апреле, если бы мне сказали, каким будет июль? Нет, не купил бы. Я бы не поверил прогнозу, и правильно бы сделал. (Кстати, в мае прогнозы действительно обещали очень жаркое лето, и мы еще об этом поговорим.)

 

Весной, как и каждый год, не было недостатка в предсказаниях погоды на лето. Метеорологические прогнозы забываются так же быстро, как и предвыборные обещания. Иначе и депутатам и синоптикам пришлось бы весьма несладко. И только редкие зануды вроде меня вспоминают: а что там напредсказывали и наобещали?

Официальный прогноз погоды на лето 2010 года еще весной неоднократно предоставлял директор Гидрометцентра России Роман Менделевич Вильфанд.

Вот этот официальный прогноз на июль: «На большей части территории России средняя месячная температура предполагается близкой к средним многолетним значениям. Выше нормы средняя месячная температура предполагается на большей части Уральского федерального округа, на севере Красноярского края и в Томской области»^[25]. Этот прогноз был сделан в марте. Ничего особенного — лето как лето. Все в норме.

В мае прогноз несколько уточнили: в европейской части России «средняя месячная температура воздуха на большей части территории ожидается на 1° выше средних многолетних значений; на Крайнем Севере и северо-востоке Северо-Западного округа в Северо-Кавказском федеральном округе — близкой к ним. Месячное количество осадков предполагается в Северо-Западном, северных, восточных и юго-восточных областях Центрального и на севере Приволжского федеральных округов меньше среднего многолетнего количества, на остальной территории близким к нему»^[26].

Опять-таки ничего выдающегося. Согласно прогнозу, нас ожидало вполне рядовое лето. Но в майском прогнозе появилась любопытная фраза «температура воздуха на большей части территории ожидается на 1° выше».

Этот «1°», появившийся в прогнозе, связан с очень далеким от Москвы и от России явлением — с Эль-Ниньо.

Именно в мае знаменитый американский метеоролог, директор Института космических исследований имени Годдарда (НАСА) Джеймс Хансен (James Hansen) выступил с сообщением, в котором он утверждал, что лето 2010 года будет небывало жарким. Он сообщил, что среднесуточная температура на Земле за последний год была самой высокой за 130 лет наблюдений, и потому летом температура побьет все рекорды. Вообще-то доктор Хансен является большим энтузиастом идеи глобального потепления, и причиной глобального потепления он считает деятельность человека (рост выбросов углекислого газа в атмосферу). Хансен уже заявил, что жаркое лето 2010-го является прямым подтверждением глобального потепления и дальше будет только хуже. Так что заслуженного метеоролога можно заподозрить и в некоторой, скажем так, предвзятости. Уж больно ему это жаркое лето на руку.

Отвечая на вопрос журналистов радио «Вести FМ», заведующий лабораторией взаимодействия океана и атмосферы Института океанологии РАН Сергей Гулевсказал: «На основании тех наблюдений, которые делает НАСА, очень трудно сделать прогноз, о котором говорится. Прогноз можно сделать не на основании спутниковых наблюдений и не на основании наблюдаемых в настоящий момент высоких или низких температур — это даже не важно. Прогноз можно делать на основании моделей. Другое дело, что модели сезонного прогноза не настолько хорошие, но как раз для этого года специалисты НАСА, возможно, правы. В условиях развивающегося Эль-Ниньо будет наблюдаться некоторая положительная и существенная аномалия температур»^[27].

 

Сергей Гулев говорил о «существенных аномалиях температур», в то время как специалисты Гидрометцентра — о возможном повышении температуры только на 1°. И у них были все основания для своего предположения.

Российские метеорологи Татьяна Михайленко и Елена Леонова так описали природное явление, имеющее глобальное значение для всей Земли: «Эль-Ниньо по-испански означает „младенец”. Так назвали аномальное потепление поверхностных вод Тихого океана у берегов Эквадора и Перу, случающееся раз в несколько лет. Это ласковое название отражает тот факт, что начало Эль-Ниньо чаще всего приходится на рождественские праздники, и рыбаки западного побережья Южной Америки связывали его с именем младенца-Иисуса. В нормальные годы вдоль всего тихоокеанского побережья Южной Америки из-за прибрежного подъема холодных глубинных вод, вызванного поверхностным холодным Перуанским течением, температура поверхности океана колеблется в узких сезонных пределах от 15° до 19°. В период Эль-Ниньо температура поверхности океана в прибрежной зоне повышается на 6  — 10°. Как засвидетельствовали геологические и палеоклиматические исследования, упомянутый феномен существует не менее 100 тысяч лет. Колебания температуры поверхностного слоя океана от экстремально теплых к нейтральным или холодным происходят с периодами от 2 до 10 лет. В настоящее время термин „Эль-Ниньо” используют применительно к ситуациям, когда аномально теплые поверхностные воды занимают не только прибрежную область возле Южной Америки, но и большую часть тропической зоны Тихого океана вплоть до 180 меридиана^[28]. <…> Явления Эль-Ниньо также ответственны за крупномасштабные аномалии температуры воздуха во всем мире. В эти годы бывают выдающиеся повышения температуры. Более теплые, чем нормальные, условия в декабре — феврале бывают над Юго-Восточной Азией, над Приморьем, Японией, Японским морем, над Юго-Восточной Африкой, Юго-Восточной Австралией. <…> Более теплые, чем нормальные, температуры отмечаются в июне — августе по западу побережья Южной Америки»^[29].

Но вот как раз воздействие Эль-Ниньо на Россию до сих пор считалось весьма скромным: вызванная им аномалия, по существующим оценкам, не может превысить 1°. Такое повышение человек просто не замечает. А вот повышение на 10°, как это случилось летом 2010 года, не заметить трудно.

Получается, что все правы, у всех есть серьезные аргументы. Но почему-то от этого никак не легче.

 

Как же делаются метеопрогнозы и можем ли мы рассчитывать наконец, что хотя бы такие климатические аномалии, как лето 2010 года, можно будет предсказать с вероятностью не ниже 90% и все предсказатели будут сходиться в этом прогнозе?

 

Метеопрогнозы сегодня делятся на краткосрочные — до пяти дней — и долгосрочные — на декаду, на месяц или на сезон.

Методы получения разных типов прогнозов принципиально различны, и результаты очень редко совпадают. Поэтому не стоит удивляться, что завтрашняя погода, полученная по прогнозу на 1 — 3 дня на сайте, например, Gismeteo.ru, существенно отличается от завтрашней же погоды, полученной на том же сайте, но по прогнозу на две недели.

Краткосрочные прогнозы являются наиболее точными. Долгосрочные, увы, почти всегда содержат высокую вероятность ошибки. Краткосрочные прогнозы можно назвать расчетными, а долгосрочные — статистическими. Что это такое?

Необходимо подчеркнуть следующее: прогноз погоды (даже краткосрочный) зависит от глобального (то есть охватывающего весь земной шар) взаимодействия атмосферы и океана. (Метеорологи всегда об этом говорят, но их, как правило, не слышат.) Эль-Ниньо — это характерный пример именно глобального воздействия на погоду.

Любая система оказывается простой, если ее удается разложить на подсистемы со строго определенными и формально описываемыми взаимодействиями. Такую систему всегда можно исследовать по частям. Но систему атмосфера — океан при прогнозировании погоды даже на пять суток уже нельзя разделить на подсистемы  — всю эту громаду приходится обсчитывать одновременно.

Это очень трудно еще и потому, что прогнозирование погоды относится к так называемым задачам, неустойчивым относительно начальных условий. В нормальных (устойчивых) задачах, если немного изменить начальные условия, результат будет практически тот же. Помните, как Том Сойер искал шарик, который сам же в минуту разочарования выбросил? Он взял другой такой же шарик, встал на то же место, размахнулся примерно так же, прошептал: «Брат, ищи брата» — и бросил. Но в этот раз он точно отметил место, куда шарик упал. Не сразу, но оба брошенных шарика он нашел. Том Сойер был вообще очень продвинутый юноша. В данном случае он использовал то, что полет тел является устойчивым относительно изменения начальных условий.

А вот с погодой все, к сожалению, гораздо хуже. Действительно, если начальные условия в точности совпадают, то и погода будет одинаковая, но дело в том, что начальные условия всегда немного различны, и даже при небольшом отклонении в начальных условиях результаты получаются радикально другими: например, не 23° тепла в среднем в июле, а 33°.

С появлением суперкомпьютеров расчет краткосрочных прогнозов стал гораздо более надежным. Фактически сегодня вся земная поверхность покрыта сеткой, каждая ячейка которой представляет собой квадрат со стороной 3 километра. В каждой такой ячейке с помощью метеоспутников, зондов или наземных станций снимаются основные атмосферные показатели: плотность, скорость, давление и температура. Данные загружаются в суперкомпьютер, и запускается расчет. Чем на больший срок мы прогнозируем, тем хуже у нас получается. Прогноз на срок более пяти дней — всегда нетвердый. Прогноз на срок более 15 дней, по-видимому, невозможен. При любом уточнении начальных данных (а идеально точно мы никогда не сможем измерить все необходимые характеристики — всегда присутствует некоторая ошибка) и таком далеком прогнозе результаты будут расходиться настолько, что всякое прогнозирование потеряет смысл.

А вот долгосрочные прогнозы составляются на основе статистики, набранной за всю историю наблюдений. Фактически при их формировании метеоролог действует так: средняя температура днем в Москве в июле обычно (то есть по результатам наблюдений за 130 лет) 23°, и ничего вроде бы не противоречит тому, что она такой и будет. Вот, правда, Эль-Ниньо развивается. Ну что ж, давайте к прогнозу градус-другой набросим. Это и дает примерную прикидку на сезон, которая потом корректируется краткосрочными прогнозами и регулярно пересматривается. Надежность долгосрочного прогноза весьма невысока. Но ничего лучшего у нас  сегодня нет.

В это трудно поверить, но задача прогноза погоды оказалась несравнимо сложнее, чем, например, строительство Большого адронного коллайдера или чтение генома неандертальца, исследование тайн микромира или физиологии мозга. И мы в ближайшие не только годы, но и десятилетия вряд приблизимся к ее решению. И надежда на науку будущего в этом случае совсем слабая.