Ученый МФТИ развенчал прогноз о 25-градусных морозах: почему метеорология достигла предела возможностей

Хаос погоды и пределы предсказуемости

Точное прогнозирование погоды на срок более двух недель невозможно из-за ограничений, вызванных хаотичной природой атмосферы. Однако можно улавливать усреднённые сезонные климатические тенденции. Эту информацию РИА Новости сообщает со ссылкой на Михаила Криницкого, заведующего лабораторией машинного обучения в науках о Земле в МФТИ.

Ранее в медиа появлялись сообщения о том, что глава "Газпрома" Алексей Миллер якобы предсказывал аномально холодную зиму для всей России, обещая температуру ниже минус 25 градусов Цельсия. Тем не менее, ведущий специалист центра погоды "Фобос" Евгений Тишковец заявил, что вероятность 25-градусных морозов в Москве предстоящей зимой составляет не более 14%.

Михаил Криницкий объяснил, что современная метеорология достигла своего фундаментального предела предсказуемости. Этот предел обусловлен не недостаточной вычислительной мощностью или несовершенством моделей, а самой физикой атмосферы.

"Современная метеорология уперлась в фундаментальный предел прогнозируемости, установленный не вычислительной мощностью и не несовершенством моделей, а самой физикой атмосферы. Она ведёт себя как хаотическая система - малейшая неточность в начальных данных со временем растёт экспоненциально, и уже через 10−14 суток прогноз теряет связь с реальностью", - сказал Криницкий.

Эксперт напомнил, что в середине прошлого века математик и метеоролог Эдвард Лоренц назвал подобные явления "эффектом бабочки". Это означает, что даже незначительное событие, например, взмах крыла бабочки, может со временем изменить развитие циклонов. Из-за такой чувствительности Гидрометцентр предупредил о невозможности составления точных долгосрочных прогнозов.

Криницкий отметил, что если бы в атмосфере существовал "разрыв масштабов" - то есть диапазон, где отсутствуют активные процессы - это позволило бы усреднять быстрые колебания и прогнозировать более медленные изменения. Однако такого промежутка нет: мелкомасштабные возмущения постоянно взаимодействуют с крупными потоками, передавая им хаотичность и ошибки, что ограничивает горизонт прогнозирования. Настоящая зима исчезает, и её особенности становится всё труднее предсказать.

Особую роль в этом процессе играет влага, подчеркнул учёный. Водяной пар, а также связанные с ним явления конденсации и конвекции, существенно снижают предсказуемость атмосферы. Каждое облако, выделяя скрытую теплоту, образующуюся при конденсации водяного пара, усиливает вертикальные движения. Незначительные различия в распределении влаги быстро приводят к существенным расхождениям на уровне циклонов. Эксперименты с "высушенными" моделями атмосферы показали, что без влажно-конвективных эффектов ошибки накапливаются примерно в два раза медленнее, а горизонт предсказуемости увеличивается с двух почти до трёх недель.

Однако Криницкий уточнил, что это нельзя считать "победой над хаосом". В более сухом климате исчезают и медленные источники предсказуемости, такие как муссонные колебания, феномен Эль-Ниньо или сезонные аномалии океанов. Именно благодаря им вообще становятся возможными субсезонные и сезонные оценки. Академик объявил о необратимых изменениях, которые повлияют на понимание этих процессов.

По этой причине сезонные и субсезонные прогнозы не являются предсказаниями погоды "на каждый день", а касаются вероятностных изменений климатических условий. Атмосфера сама по себе хаотична, но океаны, снежный покров, влажность почвы и стратосфера изменяются медленно, создавая устойчивое фоновое воздействие на несколько недель или месяцев вперёд.

"Сезонный и субсезонный прогнозы потому и называются так, что речь идёт не о предсказании погоды “на каждый день”, а о вероятностных смещениях климатических условий. Атмосфера сама по себе хаотична, но океаны, снежный покров, почвенная влага и стратосфера меняются медленно, задавая устойчивое фоновое воздействие на несколько недель или месяцев вперёд. Отсюда и идея: хотя “детерминированная” погода за пределами двух недель непредсказуема, усреднённые сезонные тенденции могут быть уловлены - например, вероятность тёплой зимы во время Эль-Ниньо. Это не синоптический прогноз, а сдвиг статистики, в котором медленные компоненты климата дают слабый, но полезный сигнал", - отметил Криницкий.

В конечном итоге, сезонный прогноз физически неосуществим потому, что наша атмосфера слишком "живая": в ней отсутствуют паузы между масштабами вихрей и колебаний, а водяной пар усиливает неустойчивость, ускоряя рост ошибок, объяснил учёный. Зимы теплеют, но это не делает их точное предсказание проще.

"Даже с идеальными моделями и полным знанием текущего состояния мы упрёмся в хаотический барьер примерно через две недели. Всё, что длиннее, может быть только прогнозом тенденций - отражением взаимодействия медленных и быстрых процессов, а не попыткой “узнать будущее” в привычном смысле", - подчеркнул Криницкий.

По его словам, "по причине этой фундаментальной неустойчивости и хаотичности и искусственный интеллект тут не поможет". Ограничение предсказуемости в 10-14 суток носит фундаментальный, физический характер. Его невозможно преодолеть путём создания новых моделей или более точных измерений. Можно лишь "замаскировать" это ограничение в нашем понимании того, что именно мы ожидаем от прогноза: точной температуры на определённую дату или же достаточно понимания, что, например, январь похолодает по сравнению с обычным примерно на 5-10 градусов.

Также ранее мы сообщали, что в России исчезает настоящая зима: академик РАН Владимир Клименко прогнозирует отсутствие суровых морозов ниже -30°C в центральных регионах страны на сотни лет, а климатолог Алексей Кокорин отмечает увеличение числа теплых зим в два-три раза. Эти изменения, связанные с тем, что Россия теплеет в 2,5 раза быстрее, чем другие регионы мира из-за своего географического положения, приводят к учащению экстремальных погодных явлений, таких как засухи и ураганы. Прошедшая зима в столице уже показала средние температуры около 0…+2°C, почти побив рекорд. Специалисты предупреждают, что зима 2025-2026 годов обещает быть одной из самых непредсказуемых из-за рекордного нагрева Мирового океана, вызывающего крупные атмосферные аномалии, с прогнозом вдвое большего количества осадков в феврале и суточных перепадов до 15-18 градусов.