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.

Квантовый алгоритм может улучшить прогнозы погоды

ИИ научился предсказывать редкие экстремальные погодные явления

Разработан первый ИИ для оценки влияния погоды на фондовый рынок

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX