Вильфанд: «Никогда еще климат не менялся с такой скоростью, как сейчас»
. Метеоролог объяснил, как прогнозируют погоду и почему бывают ошибкиВильфанд: никогда еще климат не менялся с такой скоростью, как сейчас
Роман Вильфанд
О том, как прогнозируют погоду, в интервью РБК Life рассказал научный руководитель Гидрометцентра России Роман Вильфанд. Эксперт объяснил, почему астрономические прогнозы точнее метеорологических, на сколько температура увеличивается каждый год и есть ли у примет про погоду научное обоснование.
— Сейчас много говорят про изменение климата. Но действительно ли он серьезно изменился за последние 10–20 лет? Ведь еще со школы многие помнят строчку «Снег выпал только в январе» из «Евгения Онегина»…
Снегопад
— Давайте начнем с того, что такое климат и погода. Погода — это мгновенная ситуация, определяющаяся такими характеристиками, как температура, ветер, влажность, которые измеряются в данный момент. Также под погодой понимается еще и небольшая продолжительность изменений этих характеристик — то есть в течение одного, двух, трех дней. Это временной масштаб погоды.
В случае климата берутся усредненные характеристики за большой промежуток времени. Всемирная метеорологическая организация рекомендует осреднять данные за 30 лет.
Когда мы говорим о динамике климата и его изменениях, то используем именно 30-летние осреднения среднемесячных температур и сравниваем среднемесячные характеристики за несколько 30-летий.
Нашей планете 4,5 млрд лет. Согласно палеоклиматическим исследованиям, климат за это время существенно менялся. Средняя глобальная температура была и выше на 10°, чем сейчас, и ниже. Конечно, были и гораздо более экстремальные события. Но никогда еще климат не менялся с такой скоростью, как сейчас. Это главная особенность нынешней ситуации.
— На сколько повысилась температура?
Жаркая погода
— Последние 45 лет средняя глобальная температура повышается со скоростью 0,17–0,18 градуса за десятилетие. Это в целом по глобусу. В умеренных широтах Евразии — в 2,5 раза быстрее, т.е. 0,45 градуса за десять лет. В полярных широтах еще быстрее — на 0,6 градуса за десять лет.
На экваторе и в приэкваториальных районах тоже фиксируется повышение температур, но оно идет медленнее — примерно 0,05–0,07 градуса за десятилетие.
Мы живем в умеренных широтах. Это означает, что если за десять лет температура увеличилась на 0,45 градуса, то за 100 лет станет теплее уже на 4,5 градуса. Зимой потепление выражается сильнее, чем летом. Среднемесячная температура января в Москве с 1961-го по 1990-е годы составляла минус 9,3 °С. За период с 1991 по 2020 год средняя температура повысилась более чем на 3 °С — сейчас это минус 6,1 °С. В течение жизни одного человека уже видно, как потеплел климат.
Такая колоссальная скорость обусловлена тем, что в динамику климата включилось человечество.
— Какие процессы за этим стоят?
— За счет деятельности промышленных, химических предприятий, добывающей промышленности и многого другого в атмосфере увеличивается количество парниковых газов.
Прогноз погоды
Они как пленка в парнике. Коротковолновая солнечная энергия легко проходит через пленку, затем отражается от земли в качестве длинноволнового излучения и уже не может пробить пленку парника. Поэтому температура в парнике всегда выше, чем в окружающей среде.
— А как же пушкинская фраза?
— Погода и климат — разные вещи. Осредненные характеристики оцениваются за 30 лет. За это время бывают очень теплые периоды и очень холодные, засушливые и увлажненные. То же можно сказать и о времени выпадения снега.
Климат — такой серьезный, уверенный, прогнозируемый джентльмен. А погода — это леди со сложным характером и может действовать по своему усмотрению.
Безусловно, климат меняется, и это линейный тренд. Но на его фоне происходят быстрые погодные колебания. К тому же хорошо известно, что в связи с потеплением климата погода становится еще более изменчивой.
— А глобальное похолодание вообще возможно?
После снегопада
— Возможно. Любые общие климатические изменения без воздействия человека идут эволюционно. Это человечество привносит революционные моменты.
Есть сильная математическая теория Миланковича. Она показывает, что изменения эксцентриситета («сжатости») орбиты Земли случаются с периодом 90 тыс. лет. За это время происходит и потепление, и похолодание. То есть это эволюционные характеристики, которые человек не замечает за свою жизнь.
— Почему этот сентябрь, по крайней мере в Московской области, выдался таким теплым?
— Напрямую это не связано с глобальным потеплением. Месяц может быть как холодным, так и теплым. Но климатический тренд на потепление безусловен. Просто он ни в коем случае не означает, что монотонное изменение климата сопровождается монотонным потеплением.
Рябина
Говорят, что год на год не приходится. Это вполне относится к погоде. К тому же, напоминаю, при потеплении растет и изменчивость погоды.
За последние 22 года сентябрь был и очень холодным, и очень теплым, с бабьим летом и без него. В 2020-м, например, природа просто не заметила, что наступило 1 сентября: лето продолжалось весь первый месяц осени. Прошлый сентябрь был очень холодный, а лето было теплее, чем в 2023 году. Резкое понижение температуры наступило уже с 1 сентября.
— На сколько дней или месяцев вперед можно сделать прогноз погоды?
— Смотрите, есть разные типы прогнозов: на несколько часов, два-три дня, среднесрочные прогнозы, на сезоны. И везде разная научная идеология, обусловленная физическими причинами.
Но прогнозировать погоду по дням теоретически можно только на две недели. Ни сейчас, ни через миллион лет невозможно прогнозировать погоду на более длительный срок. Сейчас практическая предсказуемость — семь дней. И это колоссальный прорыв. Еще три года назад было пять дней.
— Получается, никаких предсказаний и прогнозов на то, что нас ждет этой зимой, делать сейчас нельзя?
— Мы сейчас готовим прогноз на так называемый отопительный период. Он будет выпущен 28 или 29 сентября. Этот прогноз будет фоновый. Он ориентировочный. Невозможно с большой степенью надежности прогнозировать погоду на долгие сроки.
— С погодой связаны разные приметы. «Суставы ноют» или «кот нос прикрыл» — значит, скоро обязательно будет холодно. Есть ли у таких примет какое-то научное обоснование? Человек или какое-то животное может предчувствовать изменение погоды?
— Эти приметы проверялись — где-то с четверть века тому назад. Они не оправдываются. Точнее, оправдываются, но на уровне случайного гадания. Курочка воду попила в марте, лед растаял к какому-то числу — лето будет то ли холодное, то ли теплое. Красная рябина — к холодной суровой зиме. Такие приметы не оправдываются.
Только у нескольких примет есть научное обоснование.
— У каких?
— Перед дождем птицы летают низко. Дело в том, что птицы питаются мошками. Перед дождем влажность воздуха увеличивается, крылья насекомых намокают, и они низко летают. Естественно, и птицы начинают летать ниже.
Дождливая погода
Другая примета — цвет солнца во время заката. Красный цвет — самая низкочастотная волна спектра. Когда солнце заходит, увеличивается длина атмосферы, через которую проходит видимая часть. Все поглощается, остается только красный цвет. Это означает, что атмосфера однородна и погода будет хорошей.
В общем, все проверено, и не существует других примет, на которые можно было бы опираться. Иначе в Гидрометцентре работали бы не специалисты — математики, физики, программисты, метеорологи и гидрологи, — а бабушки с заболеваниями костной системы. И можно было бы их знания использовать вместо прогнозов.
Метеорологические прогнозы оправдываются гораздо более точно и с лучшей заблаговременностью, чем приметы.
— Почему иногда прогнозы все-таки бывают ошибочными?
— В атмосфере есть случайный компонент. Для сравнения: астрономические прогнозы гораздо точнее, чем метеорологические. Дело в том, что законы небесной механики подчиняются хорошо известным соотношениям Кеплера. Когда действуют силы тяжести, гравитации, учитывается удаленность того или иного объекта Солнечной системы. Астрономические прогнозы можно выпускать на тысячи лет вперед. Ошибки будут минимальные.
Атмосфера — это газовая среда, где возникают процессы, которые невозможно предвидеть.
Пресс-конференция, приуроченная ко Всемирному метеорологическому дню
Я часто привожу такой пример. Вполне самодостаточный, управляющий собой человек знает, что будет делать сегодня, завтра и послезавтра. Но уже вряд ли сможет четко сказать, что будет делать в какой-то день через неделю. Есть процессы, которые сейчас неизвестны.
В атмосфере аналогичная ситуация. У нее даже более выраженная хаотическая составляющая. Последнюю лет 60 назад описал выдающийся математик-метеоролог Эдвард Нортон Лоренц. В его теории есть элемент под названием «бабочка Лоренца». Вот в чем суть этой теории.
Предположим, что есть хорошо изученная атмосфера. Все законы и начальные данные известны. Есть неустойчивости, и они описаны. Если в этой неустойчивой системе бабочка взмахнет крыльями, то возникнет возмущение, которое будет развиваться и приведет к тому, что через трое суток на данной территории вместо мощного антициклона будет глубокий циклон.
Бабочка
Предсказать взмах крыльев бабочек невозможно. Поэтому всегда будут ошибки в прогнозах. Но прогностическая метеорология развивается с потрясающей скоростью. Успешность прогноза на четвертые-пятые сутки сейчас такая же, как успешность прогноза на первые сутки 50 лет тому назад. С каждым пятилетием, десятилетием количество ошибок уменьшается.
— А как вообще предсказывать погоду? Чем именно занимаются метеорологи?
— Попытаюсь очень кратко объяснить. С помощью дифференциальных уравнений частных производных достаточно адекватно описываются процессы, происходящие в атмосфере.
По таким уравнениям можно прогнозировать погоду. Но это уравнения гидродинамики, а они относятся к классу уравнений, которые точного решения не имеют. Для работы с ними нужны суперкомпьютеры. Сейчас появляются все более мощные компьютеры, и поэтому качество прогнозов повышается.
Также любые прогностические схемы должны стартовать с начальных данных. 50 лет тому назад раз в 3–6 часов наблюдатели приходили на метеорологические станции, расположенные на земле, снимали данные и передавали их в центр приема информации — в частности Гидрометцентр, — где данные обрабатывались. Еще запускались метеорологические зонды.
Метеорологический зонд
Сейчас информационная база колоссально увеличилась, прежде всего за счет спутников. 80–85% начальных данных основаны на спутниковой информации во всех специальных диапазонах. Это колоссальные знания.
Кроме того, теперь используются системы аэрологического и радарного зондирования. Наблюдательный инструментарий устанавливают даже на бортах самолетов. Когда они взлетают и садятся, зондируют атмосферу до высоты 7–8 км. Так метеорологи получают представление о влажности, скорости ветра, температуре за бортом.
И это еще не все.
Важно знать не только процессы в атмосфере, но и что происходит в океане. Сейчас осуществляется потрясающая международная программа — 3000 буев сбрасывают в океан, далее по радиосигналу они ныряют на заданную глубину — 1, 2 и 2,5 км. Проходят заданное расстояние, выныривают, накопленную информацию передают на спутник, откуда она ретранслируется в режиме реального времени во все метеорологические офисы.
Например, удалось узнать, что океан, в отличие от почвы, очень жаден к солнечной энергии. Почва днем получает солнечную энергию, а ночью отдает. А океан нет. Он получает солнечную энергию, а потом передает ее в нижележащие слои. Там существуют течения, которые переносят тепло в совершенно другие акватории, затем выходят на поверхность, и теплая вода формирует барические образования.
Вид на океан из космоса
Прогнозировать погоду на долгие сроки можно только с учетом знаний об океане. Нужно представлять, как передается тепло, которое трансформировалось за счет длительного пребывания в разных средах.
Подытожим: прогноз погоды основывается на наблюдении, передаче данных и их обработке (использовании научных моделей). Дальше продукция моделей, которая и есть прогноз погоды, поступает в руки грамотных синоптиков. Они используют схемы интерпретаций. Затем эти прогнозы представляют в текстовом виде.
— Понятно, при какой погоде человек будет себя плохо чувствовать. Например, когда очень жарко. А какая погода оптимальна для хорошего самочувствия человека? Проводятся ли какие-то исследования в этом направлении?
Жаркая погода в Москве
— Каждый человек — это индивидуум. И точно так же, как вы индивидуально выбираете стиль одежды, еду, друзей, у человека есть свои представления о том, какая погода для него хорошая. Кто-то любит очень жаркую погоду, а кто-то ее терпеть не может и предпочитает умеренный климат. Я знаю многих людей, особенно с творческим началом, которые любят пасмурную погоду. Так что нет единого понятия оптимальной погоды абсолютно для всех людей.
Но исследования по поводу оптимальности действительно проводятся. И они региональные. Для каждого региона существует свое понятие комфорта. Это не конкретное значение, а диапазон. Он зависит от влажности воздуха, его температуры, адаптации населения данной местности.
Жаркая погода
Уточню, что для человека очень опасны тепловые волны. Так метеорологи называют ситуации, когда температура превышает на 5–7 °С норму (в каждом регионе она своя) и период жаркой погоды длится более пяти дней. Есть много примеров не только ухудшения состояния здоровья, но и летальных исходов. В таких ситуациях Гидрометцентр выпускает штормовые предупреждения. К шторму они не имеют никакого отношения. Предупреждения штормовые в том смысле, что они мгновенно доводятся до властных структур и принимается целый ряд мер. Например, начинают бесплатно раздавать воду на станциях метро.
В Москве штормовое предупреждение выпускают, если температура поднялась выше 30 °С. Исследования показывают, что такая температура негативно воздействует на жителей мегаполиса. Но в Краснодарском крае или в Турции на температуру до 35 °С не обращают внимания.
Существуют критерии допустимости, до каких пор можно работать, а при каких условиях человек уже не может работать. Так, в Иране на юге Персидского залива в этом году на полмесяца прекращалась работа. Кроме того, что было 40° выше нуля, в регионе установилась высокая влажность.
