Прогнозы погоды часто предоставляются в виде конкретных значений: 24 °C во второй половине дня, ветер 15 км/ч, дождь начнётся в 17:00. Это может создавать впечатление, что атмосфера более предсказуема, чем на самом деле, ведь каждый прогноз содержит определённую степень неопределённости.
Метеорологи наблюдают за атмосферой с помощью метеостанций, спутников, радаров, радиозондов и многих других систем, но наблюдения никогда не могут идеально описать каждую её часть. Погодные модели также являются неизбежно упрощёнными представлениями чрезвычайно сложной системы.
Небольшие неопределённости сегодня могут привести к гораздо большим расхождениям через несколько дней. Это одна из фундаментальных характеристик предсказуемости атмосферы и причина, по которой современное прогнозирование всё чаще выходит за пределы одного возможного результата.
Почему прогнозы погоды неопределенны
Численная модель прогнозирования погоды начинается с оценки текущего состояния атмосферы и вычисляет, как она будет развиваться в соответствии с физическими уравнениями. Измерения распределены по всему миру неравномерно, тогда как такие процессы, как облака, турбулентность и конвекция, не всегда можно представить во всех деталях.
К тому же сама атмосфера имеет хаотическую природу. Небольшие различия в температуре, давлении, влажности или ветре в начале моделирования сначала могут казаться незначительными, но со временем могут нарастать и в конечном итоге привести к заметно различным погодным условиям. Эта чувствительность к начальным условиям является одной из причин, по которой для отражения неопределенности прогнозов используют ансамбли.
Один из способов объяснить это — сравнить прогноз с несколькими листочками, брошенными в быструю реку почти рядом друг с другом. Сначала их траектории могут быть похожими, но дальше по течению даже небольшие различия в движении воды могут унести их в разные стороны. Подобным образом работают и прогнозы погоды.
Один прогноз или много возможных вариантов будущего?
Традиционный детерминированный прогноз рассчитывает один вариант развития атмосферы на основе одного набора начальных условий. Ансамблевый прогноз же рассчитывается несколько раз с несколько разными начальными условиями или конфигурациями модели. Каждое такое моделирование представляет один из возможных вариантов развития атмосферы.
Если большинство членов ансамбля показывают схожие результаты, уровень уверенности в прогнозе относительно высок. Если же результаты существенно различаются, неопределенность возрастает. Например, если почти все моделирования прогнозируют температуру от 24 °C до 26 °C, это свидетельствует о высокой согласованности. Однако если результаты колеблются от 17 °C до 29 °C, уверенность в ожидаемой температуре значительно ниже — и одного среднего значения было бы недостаточно, чтобы показать эту разницу.
Таким образом, разброс между различными прогнозами сам по себе даёт важную информацию об уровне уверенности в прогнозе.
Что на самом деле означает 30-процентная вероятность дождя?
Вероятность осадков — пожалуй, самый известный пример вероятностной информации в прогнозах погоды, но в то же время один из тех, которые чаще всего интерпретируют неправильно.
Исследования выявили несколько распространенных ошибочных интерпретаций 30-процентной вероятности дождя. Например, некоторые считают, что дождь будет идти в течение 30 % прогнозируемого периода или охватит 30 % территории.
Вероятность дождя 30 % не означает автоматически, что дождь будет идти в течение 30 % дня, охватит 30 % территории или будет иметь интенсивность 30 %. Точное значение зависит от конкретного прогнозного продукта, места, установленного порога осадков и временного интервала.
Если вероятность относится к вашему местоположению в течение определенного периода, 30 % вероятности дождя означает, что сухая погода более вероятна, однако возможность дождя все еще сохраняется. Иными словами, это также означает 70 % вероятности того, что осадков не будет.
Во многих подобных ситуациях хорошо откалиброванный прогноз с вероятностью 30 % означает, что при тех же или схожих прогнозных условиях событие будет происходить примерно в трёх случаях из десяти.
Вероятность не указывает на интенсивность
Важно различать вероятность и интенсивность погодного явления. Низкая вероятность не обязательно означает, что само явление будет слабым.
Прогноз с 30-процентной вероятностью грозы может означать, что в большинстве возможных сценариев погода останется сухой, тогда как в меньшей части случаев возникнет гроза. Однако если гроза всё же сформируется, она может быть сильной. Исследования, посвящённые представлению вероятностей в прогнозах, указывают на это как на один из возможных источников недоразумений.
То же самое касается сильных осадков, ветра и других погодных явлений, которые могут иметь серьезные последствия. Поэтому вероятность следует оценивать вместе с потенциальным воздействием события. 10 % вероятности небольшого дождя можно легко проигнорировать, тогда как 10 % вероятности разрушительного ветра уже требуют гораздо большего внимания.
Если дождь пошел при 10-процентной вероятности, был ли прогноз неверным?
Предположим, прогноз на завтра показывает для вашего региона 10 % вероятности дождя, но на следующий день дождь всё же начинается. Означает ли это, что прогноз был неверным?
Не обязательно. Вероятностные прогнозы нельзя оценивать только на основе одного случая. Если дождь выпадает примерно в 10 из 100 подобных случаев, для которых прогнозировалась вероятность 10 %, система работает так, как и ожидается. Метеорологи называют это свойство надежностью или калибровкой.
Это может показаться нелогичным, ведь мы привыкли оценивать прогноз как правильный или неправильный. Однако вероятностный прогноз дает больше информации: если маловероятное событие всё же произошло, это не означает, что его вероятность была определена неправильно.
Почему меняются прогнозы вероятностей
Прогноз может показывать 70 % вероятности дождя за несколько дней до события, снизиться до 40 % при следующем обновлении, а затем снова вырасти. Это не обязательно свидетельствует о неточности прогноза — такие изменения отражают поступление новой информации.
Наблюдения за погодой проводятся постоянно, и каждый новый цикл моделирования начинается с обновленных данных о состоянии атмосферы. По мере приближения события — положение фронта, области низкого давления или грозовой зоны может определяться точнее. В то же время члены ансамбля могут сближаться с общим сценарием или и дальше показывать различные варианты развития событий.
Таким образом, вероятность в прогнозе отражает наилучшую оценку на основе информации, доступной на конкретный момент.
Почему неопределенность возрастает с увеличением срока прогноза
Достоверность прогноза также в значительной степени зависит от того, насколько далеко вперед он рассчитан. В прогнозе на завтра меньше времени для существенных отклонений от текущего состояния атмосферы. Зато в прогнозе на десять дней даже небольшие начальные различия имеют значительно больше времени для развития.
Поэтому для более длительных прогнозных периодов часто целесообразнее рассматривать диапазон возможных условий, а не сосредотачиваться на одном точном значении. Например, одна модель может прогнозировать грозу, тогда как большинство других сценариев её не предусматривают. В таком случае ансамблевый прогноз помогает оценить этот отдельный результат в контексте других возможных сценариев.
Одна и та же вероятность может привести к разным решениям
Вероятностные данные о погоде становятся особенно полезными, когда их используют для принятия решений. Человек, которому нужно пять минут идти до кафе, может не обратить внимания на 30 % вероятности дождя, тогда как организатор свадьбы под открытым небом, вероятно, позаботится о навесе. Руководитель строительных работ может отложить работы, зависящие от погодных условий, если дождь создает значительные риски для безопасности или может привести к финансовым потерям.
Метеорологическая информация остается прежней, но возможные последствия различаются. Этот принцип применим также к энергетике, авиации, логистике и сельскому хозяйству, где решения могут зависеть от вероятности превышения определенных пороговых значений погодных условий. Реакция на вероятность погодного явления в значительной степени зависит от того, какие последствия оно может иметь.
Вероятность не определяет, какие именно меры необходимо принять, но помогает оценить риск и решить, какой его уровень является приемлемым в конкретной ситуации.
Как оценить достоверность прогноза с помощью meteoblue
meteoblue предлагает несколько способов оценить уровень уверенности в прогнозе, а не полагаться только на одно прогнозируемое значение. MultiModel Ensemble сравнивает прогнозы нескольких глобальных и региональных моделей погоды, позволяя увидеть, насколько согласуются результаты различных систем прогнозирования.
Если модели прогнозируют схожие значения температуры, осадков или ветра, это свидетельствует о большей согласованности в отношении общего развития погодных условий. Значительные расхождения указывают на ситуации, когда дальнейшее развитие атмосферы менее предсказуемо. Традиционный ансамблевый прогноз и сравнение MultiModel — не одно и то же: первый подход обычно состоит из нескольких членов в рамках одной системы прогнозирования, тогда как второй сравнивает различные системы моделирования. Тем не менее оба подхода дают ценную информацию о возможных сценариях развития погоды.
meteoblue также отображает предсказуемость прогноза. Например, прогноз температуры 24 °C с высокой предсказуемостью следует оценивать иначе, чем те же 24 °C с низкой предсказуемостью, когда возможные сценарии существенно отличаются друг от друга.
Для профессионального использования вероятностная информация о погоде также доступна через meteoblue API, в частности индикаторы риска и продукты на основе ансамблевых прогнозов для таких явлений, как жара, туман, осадки и грозы.
Цель заключается не в том, чтобы усложнить прогнозы, а в том, чтобы наглядно показать уровень неопределенности и сделать эту информацию полезной для принятия решений.
Учимся читать прогнозы по-новому
Современное прогнозирование учитывает несколько возможных сценариев развития погоды, а не только один прогноз. Более точные наблюдения, модели с более высоким разрешением, искусственный интеллект и рост вычислительных мощностей продолжают совершенствовать прогнозирование. В то же время из-за хаотичной природы атмосферы предсказуемость погоды обычно снижается с увеличением прогнозного периода.
Вероятность придаёт прогнозу важный контекст. Она показывает не только, ожидается ли дождь, но и насколько он вероятен; не только ожидаемую температуру, но и то, насколько могут различаться возможные значения. Она также помогает оценивать менее вероятные сценарии, особенно если они могут иметь значительные последствия.
Рассматривая вероятности вместе с прогнозируемыми значениями, можно получить более чёткое представление о том, что может произойти и насколько уверенно можно рассматривать тот или иной сценарий. Это помогает отличить наиболее вероятное развитие событий от менее вероятных вариантов, которые всё же стоит учитывать.
Хотите обсудить эту тему подробнее? Присоединяйтесь к дискуссиям на форуме сообщества meteoblue, где можно обмениваться мнениями, задавать вопросы и обсуждать погоду и прогнозирование с другими любителями метеорологии.
