Текущая картина с учетом накопленного опыта не дает оснований для апокалиптических прогнозов, связанных с длительным глобальным потеплением: в относительно недолгой истории человечества периоды теплой погоды чередовались с похолоданиями. При этом изменения температур в регионах мира имеют разнонаправленный характер. В последние десятилетия модели для подготовки краткосрочных прогнозов стали более точными, но прогнозы на длительный период остаются сложной задачей, особенно с учетом недолгого периода детальных наблюдений за погодой.

Профессор-исследователь НИУ ВШЭ, ведущий научный сотрудник Гидрометцентра России Владимир Гордин представил в Международном центре анализа и выбора решений НИУ ВШЭ доклад «Об оценках климатических изменений в России и на прилегающих территориях». Впрочем, некоторые оценки сделаны и для всей планеты.

Первым долгосрочным прогнозом можно считать историю Всемирного потопа. Получив предсказание, Ной начал строить ковчег за 100 лет до события.

Сегодня основной практический интерес ученых заключается в возможности построения качественного долгосрочного прогноза. Распространенный метод линейной экстраполяции по времени приводит к разнообразным и нередко противоречивым результатам.

Известно, что даже на протяжении последних тысячелетий, когда появились письменные источники, чередовались длительные периоды похолодания и потепления, времена влажные и сухие.

Например, в сообщении «в Альпах из-за таяния снегов обнажилась древнеримская дорога» сквозят панические ноты, но авторы не задаются вопросом, когда и в каких условиях эта самая дорога была проложена.

Для качественных долгосрочных прогнозов нужны, в частности, отсутствующие сейчас у метеорологов временные ряды наблюдений. Климат мог бы зависеть от планетарных факторов, например угла наклона Земли к плоскости эклиптики, эксцентриситета орбиты, но там периоды изменения параметров в тысячи раз больше, чем интересующие нас десятки и сотни лет.

Прогноз угла между осью вращения Земли и плоскостью эклиптики. Динамика — результат взаимной гравитации Солнца, Луны и планет. Полный угловой момент Солнечной системы постоянен, а между планетами существует обмен. Характерные периоды такого обмена на много порядков превосходят те несколько веков, которые человечество ведет метеонаблюдения.

Развиваются гидродинамические модели для описания таких климатических процессов. Поскольку их нужно интегрировать не на несколько суток, как в наших обычных прогнозах, а на сроки в сотни и тысячи раз длиннее, то приходится упрощать описание многих физических процессов в атмосфере и смириться с огромными затратами машинного времени. Модели эти, к сожалению, пока не вполне надежны, поскольку содержат значительное число подгоночных параметров. Их детальная проверка достаточно сложна.

Известны сравнительно недавние примеры, когда прогностические долгосрочные модели давали прогнозы весьма ошибочные. Например, в 1980-е годы были опубликованы несколько прогнозов, предсказывавших рост промышленных выбросов двуокиси серы. Но прошло 20 лет, и все они оказались ошибочными.

Стоит скептически относиться к прогнозам в непрофильных журналах и звучащим «из каждого утюга» разговорам о глобальном потеплении.

Модельные расчеты могут давать в будущем более надежные прогнозы климатических изменений, но пока высокой уверенности в них нет, поскольку существует ряд физических процессов, описываемых пока приближенно, правдоподобие не гарантирует правильности.

Основу всех прогнозов составляют метеонаблюдения. Они имеют давнюю историю. Например, объем осадков измеряли левиты в храме в Иерусалиме, а в Египте следили за уровнем ежегодного подъема уровня Нила, хотя и не смогли выяснить его причин.

Важный шаг в истории: в 1597 году Галилей изготовил термоскоп — стеклянный шар с трубкой, который наполняли водой. Уровень воды в трубке менялся с изменением температуры. Его ученик Джованни Сагредо отградуировал трубку — так измерения стали количественными. Для удобства догадались воду подкрасить. Прошло время, и ее заменили ртутью или спиртом. Спустя некоторое время ученик Галилея Эванджелиста Торричелли (по другой версии, его друг Винченцо Вивиани) изобрел барометр.

В 1643 году первые регулярные наблюдения за погодой начались во Флорентийском герцогстве — сказалось посмертное влияние Галилея, учеником которого был герцог.

В Москве явления природы начали записывать в середине XVII века, при царе Алексее Михайловиче. В тот период это было скорее ученой забавой.

Со временем это стало практической необходимостью. Информация о погоде стала важна для экономики и даже могла быть военной тайной. В годы Второй мировой войны нацистская Германия создала тайную метеостанцию на восточном побережье Гренландии.

Для прогноза погоды нужны подробные и точные исходные данные об атмосфере, отвечающие и данному моменту времени, и предыдущим эпизодам. После этого численно решается нелинейная система дифференциальных уравнений газовой динамики. Это модель с миллионами степеней свободы. Численные алгоритмы разрабатывались крупнейшими учеными разных стран и доводились до рабочего состояния тысячами научных сотрудников. 50 лет назад прогноз погоды частенько был поводом для анекдотов, сейчас прогнозы серьезных метеослужб стали намного более реалистичными.

Пожалуй, главные источники данных — синоптические станции, которые измеряют температуру, влажность, давление, ветер около поверхности планеты, а также количество осадков, облачность и видимость. Таких станций на Земле много тысяч. Последнее время активно устанавливают автоматические станции. К сожалению, отечественные приборы зимой перестают измерять количество осадков. Хорошо бы исправить этот огрех.

Второй важный источник — данные из тропосферы и нижней части стратосферы, передаваемые радиозондами. Приборы прицепляют к большому воздушному шару и запускают, как правило, дважды в сутки. Зонд летит около двух часов, поднимается примерно до 35 км и все время передает результаты измерений. Данные о профилях температуры и температуры точки росы с зондов стали заметно точнее (к качеству наших приборов также есть вопросы). Такие измерения стоят дороже и требуют более дорогого оборудования. Этих зондов на планете чуть менее тысячи. Они есть даже в Антарктиде.

В последние десятилетия к этим приборам добавилась армада метеорологических спутников. Их точность пониже, зато данных очень много. Собирают метеоинформацию и широкофюзеляжные самолеты.

Очень важно не только измерить, но и быстро и точно передать эту информацию. Для качественного прогноза на несколько суток нужны данные со всей планеты, без них он невозможен. Логистику такого обмена данными обеспечивает Всемирная метеорологическая организация — агентство ООН.

И теперь метеорологические прогнозы повсеместно используются в нашей жизни. Отключить прогноз на сутки — заметят все. А если пытаются эти прогнозы не замечать, это приводит к самым печальным последствиям — последние недели это нам показывали по многим каналам. Необходимо, чтобы власти своевременно и адекватно реагировали на предупреждения метеорологов о чрезвычайных ситуациях, например резком подъеме воды, резком потеплении или похолодании, сильном ветре и осадках.

По мнению эксперта, прогнозы метеорологов заслуживают более внимательного отношения: например, руководители коммунальных служб могут заранее снижать подачу тепла в случае серьезного повышения температуры воздуха, а медикам стоит следить за колебаниями давления и вероятным влиянием магнитных бурь на метеочувствительных людей. Особенно серьезно, полагает докладчик, следует относиться к штормовым предупреждениям и сообщениям о резком усилении ветра, причем сами предупреждения должны быть максимально четкими и понятными. Например, в 2010 году, когда в результате шторма в Керченском проливе были потоплены несколько кораблей, выяснилось, что штормовые предупреждения в этот день действительно выдавались. Но, к сожалению, в предыдущие дни — тоже. Поэтому реакция капитанов, проигнорировавших прогноз, понятна. За прошедшее время прогноз шквалистых ветров заметно улучшился, количество ложных тревог кардинально уменьшилось.

Шквалы опасны не только для кораблей и самолетов. Например, при штормовом предупреждении следует прекратить работы на высоте и эксплуатацию башенных кранов.

Вернемся к измерениям. Важную роль в мониторинге окружающей планету среды играют буи «Арго». Их сейчас около 4 тысяч, они дрейфуют на глубине 1,5–2 км, всплывают раз в несколько дней и передают при всплытии параметры столба воды на спутник. Помимо «Арго» есть еще заякоренные буи.

При прогнозе погоды на средние и большие сроки эта информация весьма важна, поскольку теплоемкость воды намного выше, чем теплоемкость воздуха, и изменение карты температур океана серьезно влияет на климат. Например, Эль-Ниньо (подъем температуры воды у берегов Перу) приводит к длительному повышению температуры в экваториальной части Тихого океана.

Комплексный прогноз заблаговременно (за шесть суток) дважды в сутки выкладывается на сайт методического кабинета Гидрометцентра, причем желающие могут узнать не только сами прогнозы, но и оценки точности предыдущих прогнозов. Прогнозы даются не только по России, но и по Белоруссии и Центральной Азии.

Сейчас кратковременные и среднесрочные прогнозы, например о вероятности ранних и поздних заморозков, достаточно точны, чтобы использовать их в текущей деятельности, например для определения времени посадки определенных культур или прекращения работы башенных кранов при сильном ветре.

Каковы многолетние тенденции изменения температуры воздуха у поверхности планеты? Они существенно зависят от географии. Пожалуй, самое сильное потепление локализовано в российском секторе Арктики и в Северной Сибири. В других регионах оно выражено намного слабее, а в некоторых вовсе наблюдается похолодание (например, на юге Гренландии или в заметной части Антарктиды).

Важна также динамика температуры океана. В некоторых районах Атлантического океана температура воды на больших глубинах в последние десятилетия повышается на 0,1 градуса в год, но есть места, где вода охлаждается.

Кроме средних температур, также важно, раньше или позже теперь сменяются времена года. Есть изменения и тут. Например, на арктическом острове Визе среднегодовое запаздывание прихода минимальных и максимальных температур в этом веке составляет 0,6 суток в год.

Что касается заморозков в континентальной России, то в целом последние заморозки стали завершаться раньше, но, например, в районе Новокузнецка, напротив, позже. Многое зависит от географии. Сведения о заморозках важны для сельского хозяйства, причем следует учитывать различие ситуации в европейских и сибирских регионах.

Учитывая расположение регионов с потеплением, не следует считать основной причиной климатических изменений последних десятилетий деятельность человека. Для разработки более надежных моделей динамики климата следует улучшать систему наблюдений (а у нас в стране ситуация с ними не блестящая) и готовить специалистов с фундаментальным математическим образованием. «Грету Тунберг надо отправить доучиваться в школу», — пошутил докладчик.

Модератор встречи, директор МЦАВР НИУ ВШЭ Фуад Алескеров поинтересовался нынешним уровнем международной кооперации метеорологов. «Вы можете пользоваться американскими, австралийскими данными?» — уточнил он. «Мы не можем не пользоваться, если хотим дать разумный прогноз», — отметил Владимир Гордин.

В мире существует несколько центров, сохраняющих метеорологические данные за много лет, иногда с XIX века. Один из них находится в Обнинске.

Сейчас разрабатывается несколько моделей так называемого реанализа, в которых используется максимальное количество наблюдений и они согласовываются между собой с помощью прогностических моделей.

Отвечая на вопрос HSE Daily о точности прогнозов разных метеорологических служб, ученый отметил, что она зависит от качества применяемых ими моделей. Сейчас из доступных российскому пользователю метеорологических прогнозов, видимо, наименьшую среднеквадратическую погрешность имеют прогнозы, которые публикуются дважды в сутки на сайте методического кабинета Гидрометцентра.