Найден теоретический предел прогнозов погоды
Мы часто недовольны недостаточной длительностью прогнозов погоды — с более-менее приемлемой точностью она не превышает 14 дней. Причиной этого оказалась не плохая работа синоптиков или несовершенство технических средств в их распоряжении — а фундаментальные ограничения, которые накладывает сложность процессов в атмосфере.
По подсчетам авторов нового исследования в Advances in Atmospheric Sciences, теоретический предел прогнозирования погоды составляет 129 дней — и ни суперкомпьютеры, ни самые лучшие модели обойти его не дадут.
Ранее попытки найти этот предел сводились в основном к анализу накопления ошибок в прогнозах со временем. Ученые решили взглянуть на проблему немного с другого ракурса. Вопрос они сформулировали так: если предположить идеальные условия — когда точно известно начальное состояние атмосферы, управляющая динамика и все будущие макромасштабные граничные условия, — каков тогда будет абсолютный предел прогнозирования погоды?
В поисках ответа исследователи обратились не к ошибкам прогнозов, а к основам — энергетике атмосферы. Рассуждали они так: если начальное состояние известно абсолютно точно, то эта информация сохранится благодаря точно известной динамике, и прогнозы будут идеальными навечно. Единственное исключение — квантовая неопределенность, которая вносится в атмосферу через фазу фотонов в непрерывном потоке солнечного излучения. Авторы предположили, что эта неопределенность нам неизвестна.
Дальнейшее стало логичным продолжением. Солнечная радиация в конечном счете питает все движение в атмосфере и рано или поздно достигает каждой молекулы. Таким образом, постепенно, с течением времени ее влияние должно полностью стереть всякую память о начальном состоянии — которое в противном случае сохранялось бы бесконечно. Иными словами, после некоторого рубежа, названного «точкой оборота энергии», предсказание становится невозможным в принципе.
С учетом полной энергии атмосферы, входящего потока солнечного излучения и наблюдательных погрешностей вероятный предел внутренней (в отличие от внешне обусловленной) предсказуемости погоды составляет 129 ±7 дней — то есть с сегодняшних двух недель еще есть куда расти.
Вычислили и этот потенциал роста. С развитием вычислительной техники и средств моделирования продолжительность прогнозирования можно будет довести до 71 дня — с точностью на уровне нынешнего пятидневного прогноза. Дальнейшее увеличение длительности снизит качество прогнозов до потери ими практической ценности.
