Pogoda niepokoi ludzi każdego dnia: działa jak codzienna udręka, gdy nie ma się w co ubrać do pracy,
Krótka wycieczka do historii
Poczyniono pierwsze kroki w prognozowaniu pogodyw starożytnym Babilonie około 650 roku p.n.e. mi. Miejscowi przewidywali zmiany pogody na podstawie obserwacji planet, chmur i złudzeń optycznych. Dopiero w IV wieku p.n.e. mi. Arystoteles przekształcił je w teorię naukową w ramach traktatu „Meteorologia”, w którym mówił o zjawiskach pogodowych, suszy, trzęsieniach ziemi oraz związku opadów z zimnem. Następnie naukowiec błędnie uwierzył, że Słońce, gwiazdy, komety, deszcze to zjawiska tej samej natury, a Ziemia jest centrum Wszechświata.
Wcześniej ludzie polegali na prognozach pogodyoznaki. Na przykład wierzono, że śpiew zięby o świcie i czerwonawe niebo zwiastują nadejście deszczu. Jednak według badania Yandex Weather tylko 20% wróżb faktycznie się spełnia. Tylko 75 ze 188 ludowych przepowiedni okazało się wiarygodnych w ponad 50% przypadków: często wręcz przeciwnie, większość znaków odzwierciedlała obraz odwrotny.
Znaki vs. Dane
Powstała pierwsza oficjalna prognoza pogodyoficera marynarki Roberta FitzRoya i opublikowana w gazecie Times w 1860 roku. Następnie w Anglii rozpoczął pracę Departament Meteorologii, którego prognozy opierały się na innowacyjnej koncepcji – zbieraniu danych za pomocą szkła burzowego, monitorowaniu wartości temperatury, siły i kierunku wiatru oraz odczytów barometrów. W XIX wieku amerykański meteorolog Abbe Cleveland opracował matematyczne podejście do przewidywania pogody zwane „Fizyczną podstawą długoterminowego prognozowania pogody”. Jego badania zostały później udoskonalone przez norweskiego naukowca Vilhelma Bjerknesa, który stworzył system, który jest używany do dziś. Odpowiadał za odkrycie frontów atmosferycznych, co w przyszłości umożliwiło stworzenie teorii występowania i zmian cyklonów, a także map synoptycznych.
Rosja zaczęła systematycznie gromadzić dane pogodowejeszcze za Piotra I, a już w 1724 r. otwarto pierwszą stację pogodową. Następnie w Akademii Nauk przeprowadzono obserwacje zmienności pogody za pomocą barometru i termometru. Później, w 1856 roku, zorganizowano zbieranie danych telegraficznych, ale oficjalną datą rozpoczęcia służby specjalistycznej i wydawania biuletynów specjalnych był 13 stycznia 1872 roku. Do połowy XIX wieku w kraju istniało 50 stacji meteorologicznych, a na początku XX wieku stała się to najszersza sieć na świecie.
Asystenci gromadzenia danych
Na początku XX wieku stało się na nie zapotrzebowaniestacje meteorologiczne. Dziś liderem pod względem ich liczby są Chiny – jest tam około 15 tysięcy stacji. W Rosji jest ich zaledwie 4500, a większość z nich nie jest wyposażona w zdalny monitoring i kontrolę.
Jak ustala się pogodę
Istnieją trzy typy stacji pogodowych:
— automatyczny profesjonalny (automatycznie wysyła dane do centrów pogodowych);
— boje pogodowe (zbierają informacje o temperaturze wody i atmosferze na jej powierzchni);
- półautomatyczny profesjonalny (sugeruje obecność meteorologa, który kontroluje pracę i rozwiązuje problemy ze sprzętem).
Dodatkowo codziennie o godzinie 12:00 i 12:00UTC meteorolodzy wypuszczają w niebo balony pogodowe – balony wypełnione helem lub wodorem, które mogą wznieść się na wysokość 35 km nad ziemią (dwa razy wyżej niż samoloty). Po dotarciu do wyznaczonego punktu radiosonda przekazuje dane o temperaturze krytycznej, ciśnieniu atmosferycznym, wilgotności i wietrze w górnych warstwach atmosfery. Bez tego niemożliwe jest sporządzanie prognoz z kilkugodzinnym wyprzedzeniem.
Aby śledzić formacje chmur, strefyintensywne opady atmosferyczne i zjawiska niebezpieczne (burza, huragan, grad), wykorzystywane są radary pogodowe oparte na efekcie Dopplera. Częstotliwość sygnału odbitego od poruszających się obiektów zmienia się w zależności od prędkości ich ruchu. Zatem porównując impuls wysłany i odebrany, można dowiedzieć się, w którym obszarze znajduje się akumulacja opadów.
Istnieje kilka typów radarów pogodowych:
— radar do wykrywania opadów pracuje w pasmach S i C lub w paśmie X na krótkich dystansach;
— radar do wykrywania chmur (pasmo K lub W);
— MST działa na niskich częstotliwościach, aby zmierzyć wysokość granic warstw powietrza o różnej gęstości;
- lotniczy radar pogodowy wykorzystywany jest w paśmie X jako nawigator w celu uniknięcia kolizji;
- Radar pogodowy Doppleraumożliwia jednoczesne nadawanie i odbieranie fal spolaryzowanych poziomo i pionowo, a także prowadzenie obserwacji okresowych (od 3 do 15 minut) w promieniu widzenia 250–300 km. Informacje graficzne uzyskane z DMRL-S widzimy w wielu witrynach pogodowych.
Ponadto do monitorowania i przesyłania danych dotDo pomiaru temperatury powierzchni Ziemi oraz pokrywy chmur, śniegu i lodu służą satelity meteorologiczne: geostacjonarne i polarne. Najpierw wznoszą się na wysokość 36 tys. km nad poziomem morza w kierunku obrotu Ziemi i rozwijają prędkość równą prędkości obrotu planety. Zajmują 42% półkuli i na bieżąco pokazują sytuację w dużych regionach. Satelity polarne poruszają się po niższych orbitach od 850 do 1000 km i zapewniają widok obszaru w odstępach sześciogodzinnych.
Każdy satelita pogodowy jest wyposażony w dwa rodzaje instrumentów.Ankiety dostarczają telewizyjnych i fotograficznych obrazów powierzchni lądów i oceanów, a także pokrywy chmur, śniegu i lodu. Przyrządy pomiarowe zbierają ilościowe dane dotyczące stanu atmosfery, hydrosfery i magnetosfery.
Nowoczesna metodologia prognozowania
Angielski naukowiec Lewis Richardson w 1910 rzaproponował metodę rozwiązywania równań różniczkowych Bjerknesa za pomocą metod numerycznych. Ze względu na dużą złożoność obliczeń i brak mocy maszyny, jego pomysł zyskał uznanie dopiero po kilku latach.
Matematyk John von Neumann uruchomił projektProjekt komputera elektronicznego mający na celu rozwój i dalszą produkcję urządzeń zdolnych do rozwiązywania złożonych problemów matematycznych. Pierwsza maszyna ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Compute) została uruchomiona w 1946 roku. Według współczesnych standardów jego moc obliczeniowa była znikoma (357 operacji mnożenia lub 5000 operacji dodawania na sekundę), co bardzo różniło się od jego danych zewnętrznych. Maszyna składała się z tysięcy lamp próżniowych oraz setek tysięcy rezystorów, kondensatorów i cewek indukcyjnych i ważyła ponad 30 ton. Już w 1950 roku za pomocą ENIAC-a powstała pierwsza matematyczna prognoza pogody wykorzystująca wzór Lewisa Richardsona. Problem polegał jednak na tym, że samochód nie nadążał za zmieniającą się pogodą: aby uzyskać prognozę na kolejne 24 godziny, potrzeba było dokładnie tyle samo.
Prawie 30 lat po wyprodukowaniu pierwszegokomputer Seymour Cray, założyciel Cray Research, stworzył pierwszy superkomputer - Cray-1. W przeciwieństwie do ENIAC, Cray-1 był w stanie wykonać do 180 milionów operacji na sekundę, co znacznie zmniejszyło opóźnienia. A dzisiaj Cray Inc. pozostaje jednym z głównych producentów superkomputerów na świecie.
Główny superkomputer Rosji, który symulujepogody, mieszczącej się w Centrum Hydrometeorologicznym. Jego wydajność jest oceniana na 1,2 PFLOPS. Narzędzie składa się z 976 węzłów obliczeniowych, z których każdy posiada dwa procesory serwerowe Intel Xeon E5-2697 wersja 4 oraz 128 GB pamięci RAM.
Superkomputer
Jak popularne usługi zbierają dane
Najpopularniejszymi usługami w Rosji są Yandex Weather i Gismeteo.
Gismeteo gromadzi dane pogodowe za pośrednictwem sieci WWWorganizacja meteorologiczna, radary, satelity, stacje pogodowe. Po całkowitym przetworzeniu w modelach matematycznych prognostyk koryguje gotową prognozę i umieszcza ją na mapie użytkowników.
Yandex korzysta z własnego rozwoju „Meteum”,w oparciu o cztery prognozy zagraniczne i jedną własną, sporządzoną w oparciu o model WRF (Weather Research and Forecasting). System ten przeznaczony jest zarówno do badań atmosfery, jak i prognozowania operacyjnego. Dodatkowo serwis wykorzystuje technologię Nowcasting, która pozwala na sporządzenie prognozy krótkoterminowej (od 2 do 6 godzin). W rezultacie szczegółowa prognoza pogody jest graficznie odzwierciedlana na mapie opadów.
Dlaczego prognozy są błędne
Pierwszą przyczyną niedokładnych przewidywań są błędy wdane pogodowe Kiedy superkomputer zakończy obliczenia modelowe, znana jest deterministyczna prognoza pogody na pewien okres. Tutaj może zadziałać „efekt motyla”: jeśli w danych wyjściowych pojawił się mikroskopijny błąd, to w ciągu kilku dni zamieni się on w ogromną nieścisłość. Aby zwalczyć ten problem, można zastosować prognozy zespołowe, czyli wstawić do modelu sztuczne błędy za pomocą generatorów liczb. Na przykład, jeśli stacja pogodowa zarejestrowała temperaturę +10 stopni, możesz wczytać do modelu wartość nieco niższą. W wyniku wielokrotnych obliczeń powstaje wykres pogody: jeśli jedna prognoza wskazuje na ocieplenie, a wszystkie inne na ochłodzenie, dane te będą błędne.
Istnieje również metoda wielomodelowa, która wykorzystuje średnią z prognoz wielu modeli w celu określenia przyszłych warunków pogodowych.
Kolejnym wyzwaniem jest brak danych pogodowych.W Rosji jest zaledwie 4500 stacji pogodowych (1,5 razy mniej niż zaleca Światowa Organizacja Meteorologiczna). Optymalna odległość pomiędzy punktami wynosi 50 km na terenie płaskim i 25 km w górach. W normalnych okolicznościach w Rosji powinno zostać zainstalowanych co najmniej 7 000 stacji pogodowych. Problem ten w pewnym stopniu łagodzą dane pochodzące od zwykłych użytkowników za pośrednictwem ankiet lub domowych stacji pogodowych, a także otwarte informacje z innych ośrodków pogodowych.
Trzecim powodem jest spontaniczność pogody.Uwzględnienie wszystkich niuansów jest prawie niemożliwe. Im prognoza jest długoterminowa, tym więcej zawiera błędów. Dlatego zaleca się codzienne monitorowanie zmian pogody. Na przykład prognoza na godzinę 12 będzie poprawna z prawdopodobieństwem 95%. Jednocześnie długoterminowe prognozy sporządzone z kilkudniowym wyprzedzeniem okażą się trafne z prawdopodobieństwem 65%.
Trochę o marketingu pogodowym, czyli co mają z tym wspólnego burgery?!
Pogoda tworzy nastrój.Jak wynika z badania platformy Joys.Loyalty, około 84% osób dokonuje zakupów pod wpływem impulsu. Marketerzy starają się identyfikować wzorce za pomocą narzędzi Big Data, które szukają korelacji między przychodami a warunkami pogodowymi.
Na przykład największa sieć handlowa Walmartustalili, że wiatr wpływa na sprzedaż jagód. Firma rozpoczęła kampanię reklamową w regionach o podobnym klimacie – dzięki temu marka zwiększyła sprzedaż trzykrotnie. Ponadto marketerzy zauważyli, że mięso mielone dobrze sprzedaje się w ciepłą, słoneczną pogodę, gdy na zewnątrz nie wieje żaden wiatr. Badania te pomogły zwiększyć sprzedaż burgerów o 18%.
Jak pogoda wpływa na sprzedaż
Amerykański kanał telewizyjny The Weather Channelśledzi wpływ pogody na stan emocjonalny widzów telewizyjnych. Współpraca z marką Pantene pozwoliła na zwiększenie sprzedaży produktów o 10% w ciągu dwóch miesięcy. Wraz z siecią aptek Walgreens firma zdecydowała się zareklamować produkt na kręcone włosy w okresach dużej wilgotności powietrza. Miało to wpływ na cały rynek produktów do pielęgnacji włosów, którego łączna sprzedaż w tym segmencie wzrosła o 4%.
Porównując dane pogodowe i rozkłady lotów,Sieć hoteli Red Roof skierowała kampanię marketingową do regionów, w których loty są często odwoływane lub przekładane na inny termin ze względu na warunki pogodowe. Oferując pasażerom zakwaterowanie w hotelach w pobliżu lotnisk, spółka zwiększyła zyski o 10%.
Dzisiejsza technologia pozwala na wiele rzeczy, m.inw tym dostosowywanie się do warunków pogodowych panujących w danym regionie. Na przykład Spotify udostępniło piosenkę zespołu White Denim, której użytkownicy mogą słuchać tylko wtedy, gdy pada deszcz.
Czytaj więcej:
17-letni inżynier wymyślił silnik bez magnesu: można go stosować w pojazdach elektrycznych
Niedaleko Ziemi odkryto dwie planety. Być może są zamieszkane
Wyjątkowy meteor napisał na nowo historię Układu Słonecznego: skąd się wziął