Погода хвилює людей щодня: вона виступає як як щоденний біль, коли нема чого надіти на роботу,
Невеликий екскурс в історію
Перші кроки у прогнозуванні погоди були зробленіу стародавньому Вавилоні приблизно 650 року до зв. е. Місцеві жителі передбачали зміни погоди, ґрунтуючись на спостереженнях за планетами, хмарами та оптичними ілюзіями. Тільки IV столітті до зв. е. Аристотель перетворив їх на наукову теорію в рамках трактату «Метеорологіка», в якому розповів про погодні явища, посуху, землетруси та зв'язок опадів з холодом. Тоді вчений помилково вважав, що Сонце, зірки, комети, дощі — явища однієї природи, а Земля — центр Всесвіту.
Раніше для прогнозування погоди люди спиралися наприкмети. Наприклад, вважалося, що спів зяблика на світанку та небо червоного відтінку говорять про наближення дощу. Однак, згідно з дослідженням Яндекс Погоди, всього 20% прийме справді справджуються. Лише 75 зі 188 народних передбачень виявились достовірними більш ніж у 50% випадків: часто більшість прийме, навпаки, відображали зворотну картину.
Прикмети vs. Факти
Перший офіційний прогноз погоди було зробленоофіцером морського флоту Робертом Фіцроєм і опубліковано в газеті Times у 1860 році. Тоді в Англії розпочав роботу Метеорологічний департамент, прогнози якого ґрунтувалися на новаторській концепції — зборі даних за допомогою штормгласу, контролю значень температури, сили та напряму вітру, а також показань барометрів. У ХІХ столітті американський метеоролог Еббе Клівленд розробив математичний підхід до прогнозування погоди під назвою «Фізична основа довгострокового прогнозування погоди». Надалі його дослідження доопрацював норвезький вчений Вільгельм Бьоркнес, який створив систему, яка використовується й сьогодні. Йому належить відкриття атмосферних фронтів, що дозволило у майбутньому створити теорію виникнення та змін циклонів, і навіть синоптичні карти.
У Росії систематично збирати метеодані почалище за Петра I, а вже 1724 року відкрилася перша метеостанція. Тоді при Академії наук проводили спостереження за мінливістю погоди за допомогою барометра та термометра. Пізніше, 1856 року, організували телеграфний збір даних, але офіційна дата початку роботи спеціалізованої служби та випуску спеціальних бюлетенів - 13 січня 1872 року. До середини XIX століття в країні існувало 50 метеорологічних станцій, а до початку XX століття вона стала найширшою мережею у світі.
Помічники у зборі даних
На початку XX століття стали затребуваніметеорологічні станції Сьогодні лідером за їхньою кількістю є Китай — там знаходяться близько 15 000 станцій. У Росії їх всього 4500, при цьому більшість із них не оснащені дистанційним моніторингом та управлінням.
Як визначають погоду
Існує три різновиди метеостанцій:
— автоматичні професійні (автономно надсилають дані до метеоцентрів);
— метеобуї (збирають інформацію про температуру води та атмосферу на її поверхні);
- Напівавтоматичні професійні (мають на увазі присутність метеоролога, що контролює роботу і усуває неполадки апаратури).
Крім цього, щодня о 12 годині ночі та дня поUTC метеорологи запускають у небо метеозони - кулі, наповнені гелієм або воднем, здатні підніматися на висоту 35 км над землею (вдвічі вище, ніж літаки). Досягши призначеної точки, радіозонд передає дані про критичну температуру, атмосферний тиск, вологість і вітер у верхньому шарі атмосфери. Без цього неможливо побудувати прогнози на кілька годин наперед.
Щоб відстежувати хмарні утворення, зониІнтенсивних опадів та небезпечних явищ (гроза, ураган, град) використовують погодні радари, засновані на ефекті Доплера. Частота сигналу, відбитого від об'єктів, що рухаються, змінюється в залежності від швидкості їх руху. Так, порівнявши переданий і прийнятий імпульс, можна з'ясувати, в якій області знаходиться скупчення опадів.
Існує кілька видів метеорологічних радіолокаторів:
— радар для виявлення опадів працює у S- та C-діапазонах або у Х-діапазоні на коротких дистанціях;
- радіолокатор для виявлення хмар (K- або W-діапазон); & nbsp;
— МСТ працює на низьких частотах для вимірювання висоти меж повітряних шарів, що мають різну щільність;
- Авіаційний метеорадар використовується в Х-діапазоні як навігатор для попередження зіткнень;
- Доплерівський метеорологічний радіолокатордозволяє одночасно передавати та приймати горизонтально та вертикально поляризовані хвилі, а також здійснювати періодичне спостереження (від 3 до 15 хвилин) у радіусі огляду 250–300 км. Графічну інформацію, отриману з ДМРЛ-С, ми спостерігаємо на багатьох погодних сайтах.
Крім того, для моніторингу та передачі даних протемпературі поверхні Землі та хмарному, сніговому та крижаному покриві використовуються метеорологічні супутники: геостаціонарні та полярні. Перші піднімаються на висоту 36 тис. км над рівнем моря у напрямку обертання Землі та розвивають швидкість, рівну швидкості обертання планети. Вони охоплюють 42% півкулі та безперервно показують обстановку у великих регіонах. Полярні супутники рухаються нижчими орбітами від 850 до 1 000 км і забезпечують огляд місцевості з інтервалом у шість годин.
Кожен метеосупутник має два типи приладів.Оглядові надають телевізійні та фотозображення поверхні суші та океанів, а також хмарного, снігового та крижаного покриву. Вимірювальні прилади збирають кількісні характеристики про стан атмосфери, гідросфери та магнітосфери.
Сучасна методика прогнозування
Англійський вчений Льюїс Річардсон у 1910 роцізапропонував метод розв'язання диференціальних рівнянь Бьоркнеса за допомогою чисельних методів. Через високу складність обчислень та відсутність машинної потужності його ідея отримала визнання лише через кілька років.
Математик Джон фон Нейман запустив проектElectronic Computer Project для розробки та подальшого виробництва пристроїв, здатних вирішувати складні математичні завдання. Першу машину ЕНІАК (Electronic Numerical Integrator and Compute) запустили 1946 року. За сучасними мірками, її обчислювальна потужність була мізерно мала (357 операцій множення або 5 000 операцій додавання в секунду), що сильно різнилося з її зовнішніми даними. Машина складалася з тисяч електронних ламп та сотень тисяч резисторів, конденсаторів та котушок індуктивності та важила при цьому понад 30 тонн. Вже 1950 року за допомогою ЕНІАК склали перший математичний прогноз погоди за формулою Льюїса Річардсона. Але проблема була в тому, що машина не встигала за мінливою погодою: щоб отримати прогноз на найближчі 24 години, потрібно було стільки ж.
Майже через 30 років з моменту виробництва першоїобчислювальної машини Сеймур Крей, засновник компанії Cray Research, створив першу супер-ЕОМ - Cray-1. На відміну від ЕНІАК, Cray-1 була здатна виконувати до 180 мільйонів операцій за секунду, що значно зменшило час очікування. І сьогодні Cray Inc. залишається одним із основних виробників суперкомп'ютерів у світі.
Головний суперкомп'ютер Росії, який моделюєпогоду, знаходиться у Гідрометцентрі. Його продуктивність оцінюється в 1,2 PFLOPS. Інструмент складається з 976 обчислювальних вузлів, у кожному з яких два серверні процесори Intel Xeon E5-2697 четвертої версії та 128 Гб оперативної пам'яті.
Суперкомп'ютер
Як збирають дані популярні послуги
Найпопулярніші сервіси в Росії - це Яндекс Погода і Gismeteo.
Gismeteo збирає метеодані через Всесвітнюметеорологічну організацію, радари, супутники, метеостанції. Після повної обробки в математичних моделях синоптик коригує готовий прогноз та завдає його на карту користувачів.
Яндекс застосовує власну розробку «Метеум»,засновану на чотирьох іноземних прогнозах та одному своєму, який роблять за допомогою моделі WRF (Weather Research and Forecasting). Ця система призначена як атмосферних досліджень, так оперативного прогнозування. Додатково сервіс застосовує технологію Nowcasting, що дозволяє робити короткостроковий прогноз (від 2 до 6 годин). За підсумком детальний прогноз погоди графічно відбивається на карті опадів.
Чому прогнози бувають невірними?
Перша причина неточних передбачень - помилки вметеодані. Коли суперкомп'ютер закінчує модельні обчислення, стає відомим детермінований прогноз погоди на якийсь термін. Тут може спрацювати «ефект метелика»: якщо в початкових даних була мікроскопічна помилка, у перспективі кількох днів вона перетвориться на величезну неточність. Щоб боротися з цією проблемою, можна використовувати ансамблеві прогнози, тобто підставляти в модель штучні помилки за допомогою генераторів чисел. Наприклад, якщо метеостанція зафіксувала температуру, що дорівнює +10 градусів, у модель можна завантажити значення трохи нижче. В результаті повторних обчислень утворюється погодний графік: якщо один прогноз вкаже на потепління, а решта на похолодання, такі дані будуть помилковими.
Також існує мультимодельний метод, за допомогою якого майбутній стан погоди визначається за середнім значенням прогнозів кількох моделей.
Ще один виклик – нестача метеоданих.У Росії її функціонує лише 4 500 метеостанцій (в 1,5 разу менше, ніж рекомендує Всесвітня метеорологічна організація). Оптимальна відстань між точками становить 50 км за умов рівнинної місцевості та 25 км у горах. При нормальному розкладі у Росії має бути встановлено щонайменше 7 000 метеостанцій. Цю проблему трохи вирішують дані, що надходять від звичайних користувачів за допомогою опитувань чи домашніх метеостанцій, а також відкрита інформація від інших метеоцентрів.
Третя причина – стихійність погоди.Врахувати всі нюанси практично неможливо. Чим довгостроковіший прогноз, тим більше в ньому помилок. Тому людям рекомендується відстежувати зміни погоди щодня. Наприклад, прогноз на 12 годин буде вірним із ймовірністю 95%. При цьому довгострокові прогнози, сформовані на кілька днів уперед, виявляться правильними з ймовірністю 65%.
Небагато про метеомаркетинг, або до чого тут бургери?!
Погода ставить настрій.Згідно з дослідженням платформи Joys.Loyalty, близько 84% людей здійснюють імпульсивні покупки. Маркетологи намагаються виявити закономірність за допомогою інструментів Big Data, які шукають кореляцію між виручкою та метеоумовами.
Наприклад, найбільша торгова мережа Walmartвизначила, що вітер впливає продаж ягід. Компанія запустила рекламну кампанію в регіонах із подібним кліматом — так, бренд збільшив продажі втричі. Окрім того, маркетологи помітили, що м'ясний фарш чудово продається у теплу сонячну погоду, коли на вулиці є слабкий вітер. Це дослідження допомогло збільшити продаж бургерів на 18%.
Як погода впливає на продаж
Американський телеканал The Weather Channelвідстежує вплив погоди на емоційне тло телеглядачів. Його співпраця з брендом Pantene допомогла збільшити продаж продукції за два місяці на 10%. Спільно з аптечною мережею Walgreens компанія вирішила рекламувати засіб для кучерявого волосся в період високої вологості повітря. Це вплинуло на весь ринок товарів для догляду за волоссям — сукупний продаж у сегменті збільшився на 4%.
Зіставляючи метеодані та розклад авіарейсів,готельна мережа Red Roof таргетувала маркетингову кампанію на ті регіони, де польоти часто скасовують або переносять через погодні умови. Пропонуючи пасажирам розміщення в готелях поблизу аеропортів, компанія збільшила прибуток на 10%.
Сьогодні технології здатні багато на що, в томупідлаштовуватися під погодні умови в конкретному регіоні. Наприклад, сервіс Spotify випустив пісню гурту White Denim, яку користувачі можуть прослухати лише під час дощу.
Читати далі:
17-річний інженер вигадав безмагнітний двигун: його зможуть застосовувати в електромобілях
Неподалік Землі знайшли дві планети. Можливо, вони живуть
Унікальний метеор переписав історію Сонячної системи: звідки він прилетів