Для идеального прогноза погоды необходимо максимально точно знать начальное состояние атмосферы и применять абсолютно совершенную математическую модель.
На самом деле фактическая погода известна лишь приближенно. Наблюдательная сеть расположена неравномерно. На планете существует много «белых пятен», таких как полярные шапки, океаны, пустыни и горы. Спутники восполняют эти пробелы, но частично и с погрешностями, поскольку измеряют дистанционно. Таким образом, уже первый шаг в прогнозировании погоды — расчет текущего состояния атмосферы — чреват неопределенностями.
Математические модели, которые моделируют будущее состояние атмосферы, тоже имеют ограниченные возможности. Во-первых, они не могут рассчитать метеорологические параметры в абсолютно каждой точке пространства и в абсолютно каждый момент времени. Во-вторых, некоторые физические процессы в силу локальности и сложной природы затруднительно описать с помощью математики.
Все эти погрешности не имели бы большого значения, если бы атмосфера не была хаотичной средой. Она неразрывна и находится в непрерывном движении. Поэтому ее состояние не может быть абсолютно исчерпывающим.
С увеличением заблаговременности прогноза малые ошибки прогноза трансформируются в большие ошибки и уже за пределами 10 дней прогноза могут вырастать до случайного уровня.
Поэтому современные методы прогнозирования основаны не только на одном прогнозе, но и на целом «ансамбле» прогнозов. Ансамбль состоит из различных прогнозных сценариев — «членов ансамбля».
Каждый член основан на немного другой, но реалистичной конфигурации исходного состояния атмосферы. Эти различия расширяют спектр возможных сценариев. Чем меньше «веер», тем более высокую точность имеет усредненный прогноз. Широкий разброс свидетельствует о более низкой точности среднего по ансамблю.
Обычно члены ансамбля «разбегаются» по мере увеличения заблаговременности. Но могут быть случаи широкого спектра на коротких сроках прогноза и, наоборот, узкого распространения на дальние дни. Такое возможно, когда ближайшие дни характеризуются небольшими подвижными погодными системами со сложной структурой, но за ними приходит обширная стабильная область повышенного давления.
В отличие от однозначных прогнозов, ансамблевые прогнозы позволяют рассчитать вероятность события. Нас всегда интересует, с какой вероятностью ожидается штормовой ветер? Ансамблевые прогнозы дают ответ на этот вопрос. Использование вероятностей позволяет оценить риск и тем самым грамотно оценить ситуацию.
Как пользоваться вероятностными прогнозами?
Например, вероятность прогноза осадков составляет 80 %. Что это значит? Это много или мало? Это значит, что из 50 членов ансамбля 40 (абсолютное большинство) прогнозируют дождь. Вместе с тем, есть 10 членов, которые исключают осадки.
Другой пример. В один из дней температура составит +22. Но при этом с вероятностью 10 % температура может подняться до +30 и опуститься до +15. Как это понимать? Почему такой разброс? Это значит, что большинство членов ансамбля «высказались» за температуру +22. Но 5 членов ансамбля (из 50) «посчитали», что в этот будет жарко, а другие 5 – «решили», что будет прохладно.
Таким образом, вероятностный прогноз дает пользователю полезную информацию для анализа и принятия взвешенного решения: брать ли с собой зонт или планировать ли пикник на природе?