История прогноза погоды: от древних жрецов до современной метеостанции

Люди стремились узнавать погоду издавна: все же хотелось знать, чего ожидать от грядущего дня. Сложно переоценить роль прогноза. Владельцам ферм он поможет подготовиться к засухе, избежав потери урожая. Имея информацию о надвигающемся тайфуне или шторме, можно спасти множество человеческих жизней. Двухнедельный прогноз помогает людям планировать путешествия… Все чаще люди задумываются о покупке своей метеостанции для дачи, или дома.

1.  Ранние методы прогноза погоды и инструменты. Как появился термометр.
2.  Вклад ученых.
3.  Развитие метеорологической науки.
4.  Технологические инновации.
5.  Современные метеостанции. Профессиональные стационарные метеостанции: особенности работы.
6.  Компьютерные модели для прогнозов погоды.
7.  Сбор и анализ данных.
8.  Будущие направления работы.

В древнем Египте жрецы пытались предсказывать извержения вулканов, основываясь на полноводности Нила. В азиатских странах был штат синоптиков, составлявших прогнозы. Объявляли их от имени императора. Методы не уточняются, однако очевидно, что не всегда получалось нормально предсказать будущие природные явления в виде засух или наводнений.
В IV веке до нашей эры Аристотель обратил внимание на то, что погода меняется в зависимости от направления ветра. Можно сказать, что он и стал основоположником современной метеорологии. Кроме того, раньше люди пытались предсказывать погоду по небу.

О ясной и теплой говорят, к примеру, такие признаки:

• кучевые облака;
• серое утреннее небо;
• вечером заря золотистая, небо ясное.

Конечно, эти методики далеко не всегда оказывались точными. И, тем не менее, люди верили в их действенность.

Сейчас сложно сказать, кто конкретно придумал термометр: открытие приписывают многим ученым — Галилею, Санторио, Фладду и так далее. Причина в том, что многие специалисты работали над созданием подобного агрегата одновременно.

Термометр современной формы, удобный в использовании, появился в 1723 году. Его изготовил Фаренгейт. Вначале он использовал спирт, но потом и он перешел к ртути в роли заполняющей жидкости.
Шкала Фаренгейта имела следующие точки:

• 0 градусов
• 32 градуса
• 212 градусов

До совершенства же этот труд довел Цельсий в 1742 году. Сейчас придуманная им шкала используется в формате: 0 градусов — температура плавления льда, 100 — кипения воды. В середине XVIII века термометры стали продавать. Изготавливали их ремесленники. В медицине же их начали эксплуатировать позже — в середине XIX века.

Далее астроном Леверье по просьбе министра Франции стал изучать природу возникновения штормов. И вскоре благодаря его исследованиям возникла постоянная сеть метеорологических станций. В феврале 1855 года он собрал информацию и составил первую оперативную погодную карту. В России же ее впервые составили в 1872 году в Главной физической обсерватории в Петербурге. Штормовые предупреждения вошли в обиход благодаря Михаилу Александровичу Рыкачеву.
Отдельно стоит упомянуть анемометр. Первый простейший прототип появился в 1846 году — его создал Джон Робинсон. Именно благодаря этому устройству люди научились измерять скорость ветра. Сейчас функции всех подобных приборов совмещены в специальных устройствах — портативных метеостанциях.

Современная служба метеорологии в России появилась в июне 1921 года, в 1930 сформировали Центральное бюро погоды СССР в Москве. Тогда же в Ленинграде запустили зонд, поднявшийся на высоту 8 километров. Он замерил температуру и отправил сигнал на землю.
Космический спутник для получения более точных данных в СССР запустили в 1967 году. Так появилась возможность контролировать циклоны и антициклоны. В 1978 году все эти сведения стали использовать для визуализации в новостях.

Прогнозы погоды с каждым годом становятся все более точными. Все это потому, что в работе стали использоваться усовершенствованные спутники и зонды. Сейчас получить предсказание можно просто в мобильном приложении. Кроме того, существуют домашние устройства, не нуждающиеся в интернете.
Сейчас можно узнать погоду не только на ближайшие дни, но и месяцы. Для прогнозирования используются мощные компьютеры, - кроме того, у ученых есть более адекватное понимание физики процесса, они стали лучше понимать динамику атмосферных явлений. Тем не менее, до сих пор не существует технологий, которые позволили бы добиться 100% точности.
Для улучшения ситуации людям приходится самим снабжать информацией погодные сервисы. Например, Яндекс просил пользователей отмечать зонтиками места, где идут дождь, а после внедрил технологию прогноза на основе машинного обучения. Каждый день специалисты получают свыше миллиона сообщений об осадках. Сегодня сервис, помимо данных со спутников, использует еще и нейросети.

Кроме того, домашняя метеостанция обладает уникальным преимуществом, - она способна определять не только климат за окном, но и микроклимат внутри помещений, что недоступно для погодных приложений. К примеру, влажность в комнатах является критическим параметром для здоровья, а браузер, при всем желании, измерить ее не может. Вы можете разместить датчики где угодно, - в детской, на кухне, в погребе, теплице, холодильнике, или винном шкафу, и всегда иметь точную информацию о температуре и влажности в этих местах. Домашние метеостанции позволяют настраивать оповещения о достижении предельных значений, а некоторые модели дают возможность вести наблюдение за измерениями и их историей из любой точки мира.

Если же рассматривать метеостанции, благодаря которым люди каждый день получают прогнозы погоды, там предсказания производятся благодаря разным видам оборудования:

• Воздушные термометры и гигрометры для измерения температуры воздуха и его влажности.
• Почвенные термометры Савинова. Располагают на глубине 5-20 см.
• Анемометр. Помогает измерить скорость ветра. Для оценки турбулентных явлений движений используют ультразвуковую разновидность.
• Осадкомер. Позволяет выяснить, сколько выпало осадков.
• Барограф. Контролирует атмосферное давление.
• Гелиограф. По нему считают продолжительность солнечного сияния в течение дня.
• Озонометры. Используются на антарктических и некоторых арктических станциях.

Вся эта совокупность приборов позволяет получить четкий и понятный прогноз.

Для работы с прогнозами используют мощные компьютеры, работа которых полностью автоматизирована. Используются технологии, включающие в себя моделирование, расчеты и обработку данных разных метеорологических моделей: GFS, NMM, WRF, NAMS. Компьютерные технологии помогают получить прогноз на срок до 14 дней с разделением на час.
Компьютерный прогноз имеет точность на уровне 95% в первые сутки. Далее этот параметр снижается. На данный момент метода с точностью 100% не существует. Стоит отметить, что чаще всего компьютерное прогнозирование сочетается с синоптическим, по картам. Правда, первый вариант позволяет получить предсказания по часам, что особенно актуально, если, к примеру, ожидается дождь.

Прогнозы погоды специалисты могут выполнять следующими способами:

1. Посредством анализа синоптической карты. Там в виде цифр и символов указываются результаты наблюдений станций в определенные моменты времени.
2. Численные методы. Они основываются на компьютерной математической модели атмосферы, построенной на базе системы уравнений гидродинамики и актуальных данных погоды.
3. Статистические методы. Проводится сбор статистики, а прогнозы выдаются на базе того, что в будущем погода повторится. Данный метод является дополнением к численному и иногда используется в некоторых домашних метеостанциях для более точного составления прогноза погоды)

Современные прогнозы все больше выдаются с помощью искусственного интеллекта. Его использование позволяет повысить точность данных. Одно из преимуществ — возможность работы с большими объемами данных. Искусственный интеллект помогает составить точную карту прогноза.
Причина популяризации технологии состоит в том, что машинное обучение показывает себя очень эффективно. Оно дает искусственному интеллекту возможность взаимодействовать с информацией напрямую и делать выводы. Благодаря этому можно получить сведения о погоде даже в отдаленном будущем. При этом оператор не должен будет дополнительно вводить никаких данных.

1.  Бакли Брюс, Хопкинс Дж. Эдвард, Уайтекер Ричард: Погода. Энциклопедический путеводитель.
2. Хромов, Петросянц: Метеорология и климатология.
3. Лосев, Журина: Агрометеорология.
4. Богаткин, Тараканов: Основы метеорологии.
5. Богаткин, Капустин: Прикладная метеорология.