Почему не все прогнозы сбываются? Наблюдения и вычисления
— Дядя Кузя, это Пётр Первый? Я его портрет видел в книжке.
— Да, Чевостик, это царь России Пётр Первый. Вскоре он будет провозглашён императором, но прежде ему предстоит одержать победу в Северной войне над грозным врагом — Швецией.
— Пётр что-то записывает. Наверное, план сражения составляет.
— Нет, это не план битвы. Но в одном ты не ошибся: Пётр Первый готовится к военной операции. Для того чтобы она прошла успешно, важно предугадать, какой будет погода. Прочитай, что записал царь на листе календаря.
— Ох, какой у Петра почерк неразборчивый. И буквы какие-то странные.
— Я тебе помогу. Сам прочитаю: «…31-го марта. Было мрачно и тепло с дождём. С полудни временем был зюйд-ост, и зюйд, и зюйд-вест. Морозу не было ни ночью, ни в день, но дождики перепадали с теплом. С приезду нашего морозы были только с утра, а с полдни всегда таяло…»
— Что ещё за зюйды с остами и вестами?
— Стороны света: зюйд — юг, ост — восток, вест — запад. И направления ветров: зюйд-ост — юго-восточный ветер, зюйд — южный, зюйд-вест — юго-западный.
— Выходит, Пётр Первый был и царём, и метеорологом!
— Метеонаблюдения в России делали и до Петра. Его отец, царь Алексей Михайлович, примерно 370 лет назад повелел вести «Дневальные записки Приказа тайных дел». Выглядели записи примерно так: «Марта въ 15-й день в недѣлю ходилъ государь в Ызмаилово после столового кушенья. І в тот день і в ночи было тепло».
— Не очень-то подробное наблюдение.
— Верно заметил, Чевочка. «Дневальные записки» вели 18 лет, а потом это дело забросили. Пётр Первый живо интересовался науками и считал, что знания о погоде необходимы для успешного мореплавания и ведения военных действий. Поэтому, как видишь, сам вёл наблюдения за погодой. В «Погодных журналах Петра Великого» есть очень интересные сведения о природных явлениях в России и Европе, об осадках, ветре, штормах на море. Из записок Петра историки узнали, что в 1710 году на Финском заливе впервые провели разведку льдов и спасли попавшие в ледовый плен корабли со съестными припасами для армии.
— Дядя Кузя, Петру какие-то бумаги принесли. Что в них?
— Пётр Первый хочет узнать, чем отличается климат разных районов России, поэтому каждый день получает донесения из Петербурга и сравнивает информацию о погоде там с собственными наблюдениями за погодой в Риге. Царь сделал традицией обмен сообщениями о погодных условиях в разных городах России. Хотя в донесениях нет цифровых данных о скорости ветра, количестве осадков, температуре, давлении, они «дедушки» современных сводок погоды.
— А когда стали цифровые данные записывать?
— В январе 1724 года была создана Петербургская академия наук, и вскоре в сводках погоды появились значения температуры, давления, скорости ветра. Сто девяносто лет назад в Петербурге для руководства метеорологическими наблюдениями создали Нормальную магнитно-метеорологическую обсерваторию. Сейчас Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, сокращённо Росгидромет, — главная государственная служба по метеорологии. Росгидромет и другие службы погоды собирают данные от российских и международных спутников, метеозондов, метеостанций, метеобуёв, научно-исследовательских судов и составляют прогнозы погоды.
— Дядя Кузя, я понял, как метеоданные получают. Но как узнать, что будет с погодой через час, через день, через месяц? Как сделать прогноз?
— Настраиваю времяскок. Наше время. Наш город.
— Стадион? Мы тут будем прогноз погоды делать?
— Мы будем прогнозировать, но не погоду. На беговой дорожке по кругу бегает спортсмен, тренируется. Я даю тебе секундомер. Попробуй спрогнозировать, через сколько секунд после того, как бегун пробежит мимо нас, он окажется возле противоположной от нас трибуны.
— Через десять секунд. Нет, через двадцать… Может, и через пятнадцать.
— Твой прогноз больше на игру в угадайку похож. Подсказка: у тебя есть секундомер.
— Спасибо за подсказку! Сейчас я с помощью секундомера узнаю, за какое время спортсмен пробегает круг целиком. Так, пробежал за пятьдесят две секунды. До трибуны напротив нас — половина круга. Значит, бегуну потребуется половина этого времени. Дядя Кузя, я пока не умею делить числа, помоги.
— Делим пятьдесят два на два, получается двадцать шесть секунд. Проверяй с помощью секундомера.
— Ура! Мой прогноз точный. Ну, почти: двадцать семь секунд получилось. Наверное, спортсмен устал и немного медленнее бежит.
— Молодец, Чевостик. Ты догадался, как сделать прогноз на основе математических вычислений. Метеорологи тоже так поступают. Конечно, они используют более сложные формулы — математические модели для расчётов температуры, скорости ветра, давления и других показателей, на основе которых составляется прогноз.
— Дядя Кузя, я не хочу никого обижать, но… Но почему синоптики так часто ошибаются? Помнишь, зимой у тебя отпуск был? Ты говорил, что по прогнозу погода будет отличная, лёгкий морозец, много снега. Мы мечтали, что покатаемся на лыжах и коньках, в снежки поиграем, снежную крепость построим, снеговиков налепим. А что получилось? К твоему отпуску так потеплело, что снег весь растаял, а вместе с ним и наши планы… растаяли. Всё потому, что прогноз метеорологов не сбылся. Не помогли им, получается, ни данные от всех зондов, буёв, станций, спутников, ни сложные модели расчётов.
— Настраиваю времяскок. Вчерашний день. Наш город.
— Мы на той же трибуне стадиона сидим, только теперь тут футболисты тренируются.
— Попробуй ещё один прогноз сделать. Видишь игрока номер пять? Попытайся предсказать, где он окажется через минуту.
— Ну и задачку ты мне задал! Футбол — очень быстрая игра, за минуту футболист может сто раз место поменять.
— Бегун тоже быстро передвигался, но ты смог почти точно сделать прогноз.
— Спортсмен бежал по дорожке, и я знал, что он не кинется через поле, не повернёт обратно. А откуда мне знать, куда полетит мяч, за которым бросится футболист?
— Всё верно. Движения игроков в футбол не такие предсказуемые, как движения бегуна, ситуация на поле быстро меняется. Поведение футболиста номер пять зависит от того, где находится мяч, как ведут себя другие игроки, и от многих других факторов. Атмосфера, от которой зависит погода, как ты уже знаешь, очень изменчива, поэтому и спрогнозировать, куда двинутся воздушные массы, значительно труднее, чем предсказать ситуацию на беговой дорожке или на футбольном поле. Чем больше срок, на который делается прогноз, тем больше вероятность ошибок.
— Дядя Кузя, а я даже рад тому, что метеорологи ошибаются.
— Не понял. Чему тут радоваться?
— Тому, что метеорологи не всё знают и не всё умеют. А я очень люблю всякие квесты, тайны, загадки и заковыристые задачки. Поэтому решил стать метеорологом и научиться делать более точные прогнозы.
— Что ж, профессия метеоролога и правда очень интересная и нужная.
— Может, мне прямо сейчас начать прогнозировать? Термометр у нас есть, данные со спутника ты мне поможешь получать. Надо нам ещё барометр купить, осадкомер из ведра сделать, флюгер на крыше поставить и этот… Ой, забыл, как прибор для измерения скорости ветра называется.
— Анемометр. Обзавестись метеорологическими приборами и вести метеонаблюдения — вполне осуществимая идея. Но для того, чтобы стать профессиональным метеорологом, тебе придётся многому научиться.
— Да, я даже делить не умею…
— Не расстраивайся, если есть желание, всему научишься. К тому же ты уже сейчас можешь помочь метеорологам прогнозировать погодные условия.
— А как?
— Сейчас покажу. Настраиваю времяскок. Москва. Май 2025 года.
Задание
Опиши, какая сейчас погода. Сделай прогноз и запиши, какой будет погода через час, три часа, шесть часов, на следующий день в это же время, через три дня. Какой из пяти твоих прогнозов оказался точнее? Почему?
Как Чевостик помогал метеорологам? Машинное обучение вместо магии
— Спасибо времяскоку, перенёс нас на Красную площадь. Давай всю-всю её обойдём, полюбуемся разноцветными куполами, послушаем, как часы на Спасской башне бьют.
— И обойдём, и куполами храма Василия Блаженного полюбуемся, и бой курантов послушаем. Но сначала, Чевостик, дело сделаем — поможем метеорологам.
— Да как мы им можем помочь?
— Возьмём мой сотовый телефон, откроем приложение «Яндекс Погода». Вручаю тебе телефон, читай вопрос и отвечай на него.
— «Идёт ли сейчас дождь?» Тут сразу два ответа: «Да» и «Нет». Я нажал на «Нет».
— Ответив на вопрос про осадки, ты помог и метеорологам, и другим людям. Дело в том, что Европейский центр среднесрочных прогнозов погоды передавал на сегодня дождливую погоду почти по всей Москве.
— Вот и ошибся этот центр: над Красной площадью в небе ни облачка.
— Москва — большой город, во многих районах сегодня действительно дождливая погода. Люди, находящиеся там, возможно, собирались на Красную площадь погулять, как это делаем мы. Однако, узнав прогноз, испугались дождя и отменили прогулку.
— Но как же мой ответ им помог?
— «Яндекс» использует особую модель прогнозов «Метеум», которая учитывает не только обычные метеорологические данные, но и сообщения тех, кто пользуется приложением. Узнав, что на Красной площади и поблизости от неё нет осадков, модель поправила прогноз, уточнила его. И все желающие смогли осмотреть достопримечательности Красной площади и Кремля, не опасаясь плохой погоды. Для того чтобы сделать прогноз, нужна точная информация о той погоде, которая была на начало расчётов. Эту информацию, как ты уже знаешь, получают с помощью измерительных приборов на метеостанциях, радиозондах, радарах, спутниках. Затем модель рассчитывает, как изменится погода через определённое время.