В этом обзоре пойдет речь о краткосрочных прогнозах погоды, определенных для наших целей в качестве прогнозов конкретных ежедневных или даже почасовых условий на период менее двух недель. Это прогнозы, с помощью которых мы планируем нашу чувствительную к погодным условиям деятельность. Именно в эти сроки наличие точного прогноза очень важно, чтобы принимать ответственные решения, которые напрямую влияют на сельскохозяйственную деятельность и производство. Прогноз погоды все еще недостаточно используются в процессах принятия решений в сельском хозяйстве, при этом чрезмерный акцент делается на использовании последних и прошлых данных для определения будущих действий, возможно, из-за исторического стереотипа о том, что прогнозирование сравнимо с игрой в "Орел или решка". Надеемся, что эта статья поможет укрепить доверие к современным возможностям прогнозирования погоды.

Процесс прогнозирования погоды начинается со сбора, контроля качества и объединения большого количества разнообразных необработанных данных наблюдений из космических, бортовых и наземных ресурсов для получения согласованного трехмерного представления об атмосфере в любой момент времени. Исходя из этого, прогнозируются будущие условия, корректируются и повторяются. Это все отдельные темы. А пока давайте просто сосредоточимся на реальных методах, используемых при прогнозировании погоды во времени с учетом текущих условий.
В прогнозировании используется несколько методов, каждый из которых имеет конкретные временные рамки, для которых он наиболее актуален. На рисунке ниже можно увидеть эти методы , а также их сравнительную полезность в зависимости от времени выполнения прогноза (имеется в виду, насколько далеко вы пытаетесь предсказать будущее, например, прогноз на завтра будет иметь время выполнения в один день),

Эти два самых простых метода - постоянство и климатология. Постоянный прогноз означает, что условия, как предполагается, останутся неизменными. Мы все делаем это по своей природе, когда смотрим в окно, чтобы увидеть, нужен ли зонтик или солнцезащитные очки для немедленной, недолгой внешней деятельности, потому что в большинстве случаев мы можем предполагать, что вещи остаются постоянными в течение нескольких минут или дольше. Климатологический прогноз предполагает, что условия для определенного дня или периода времени будут находиться в пределах статистических норм, полученных за многие годы для того же дня или периода. Интересно, что эти два «простых» метода применимы на противоположных концах временного спектра, причем постоянство часто очень хорошо работает для прогнозирования условий на ближайшую перспективу, а климатология является лучшим предиктором для долгосрочных прогнозов. Чтобы прогноз имел ценность, он должен превзойти оба этих метода.
Экстраполяция немного сложнее и предполагает, что существующая метеорологическая характеристика, такая как холодный фронт или линия штормов, будет, как правило, продолжать движение с той же скоростью и направлением без значительных изменений. Но это не может объяснить новое развитие или распределение. Мы отложим телеконференции (причинная связь или корреляция между метеорологическими или другими явлениями окружающей среды, которые происходят на большом расстоянии друг от друга) на другое время, поскольку это в первую очередь предназначено для долгосрочного прогнозирования, используя крупномасштабные индикаторы, такие как южное колебание Эль-Ниньо, чтобы вывести то, что можно ожидать для моделей с более длительным диапазоном.
Это делает численное прогнозирование погоды наиболее важным методом, используемым в современной метеорологии для прогнозирования сроков, превышающих пару часов. Появление доступных высокопроизводительных вычислений произвело революцию в способности создавать компьютерные модели, которые имитируют движение и физику трехмерной атмосферы, учитывая ее взаимодействие с топографией, поверхностью суши и океанами с удивительной реалистичностью без какой-либо необходимости, для исторических данных или статистических отношений.
Вы часто слышите, как метеоролог обращается к «моделям», когда говорит о прогнозе, часто сопровождается реалистичной анимацией будущих облаков и осадков. За последние несколько десятилетий развитие этих моделей значительно улучшило точность прогноза и изменило роль человека, прогнозирующего погоду. Тем не менее, они все еще подвержены ошибкам из-за нашего неполного понимания всех взаимодействий процессов, нашей неспособности явно моделировать вплоть до хаотических, молекулярных уровней и недостаточной выборки исходного состояния атмосферы, особенно на среднем и верхнем уровнях атмосфера над океанами и другими незаселенными районами. Таким образом, в большинстве случаев лучший прогноз погоды представляет собой оптимальное сочетание некоторых или всех этих методов, чаще всего выполняемых с помощью комбинации автоматизации и человеческого контроля.
Насколько хороши краткосрочные прогнозы? ForecastWatch.com - это независимая служба проверки прогноза погоды. Каждый день они собирают и архивируют ежедневные прогнозы от большого числа государственных и частных поставщиков прогнозов погоды. Они сравнивают эти прогнозы с наблюдениями за погодой на высококачественных государственных метеорологических станциях и собирают статистику по различным метеорологическим параметрам, представляющим интерес для широкой публики, включая суточную высокую и низкую температуру, скорость ветра и количество осадков. Это обеспечивает отличное сравнение «яблоки с яблоками» между поставщиками, поскольку одни и те же методы и данные правдивости применяются ко всем источникам, а согласованность позволяет оценивать долгосрочные изменения в точности. Они недавно опубликовали свои исследование точности суточного прогноза при высокой температуре , основанное на 12-летнем периоде, охватывающем 2005–2016 годы, в котором собрана почти 200 миллионов отдельных выборок данных для более чем 750 регионов США. Если вам нравятся цифры и графики, это стоит прочитать. Но некоторые ключевые выводы приведены здесь:

• Однодневные прогнозы имеют погрешность менее 0,5 °C.
• Пятидневный прогноз теперь почти так же точен, как однодневный прогноз в 2005 году, и общая ошибка ежедневного высокотемпературного прогноза за этот период уменьшилась на 33%.
• Сейчас мы достигли точки, когда девятидневный прогноз температуры немного лучше, чем климатология.

На графике ниже представлена ​​статистика из ForecastWatch за этот год, охватывающая период с января по сентябрь. Он показывает ошибку прогноза в градусах по времени выполнения прогноза для прогноза на основе климатологии (черный цвет), прогноз устойчивости (красный) и среднюю ошибку всех поставщиков, проанализированных их службой (синий). Как уже упоминалось, прогноз действительно полезен, только если он работает лучше, чем настойчивость и климатология, и вы можете видеть, что это так на всем протяжении девятого дня. Это согласуется с выводами, сделанными из 12-летнего исследования. Ошибка обычно увеличивается примерно на 0,5 ° в день, поэтому вы также можете сделать вывод, что примерно через 10 дней прогнозы не будут более точными, чем климатология,

Поскольку модели продолжают улучшаться, мы можем ожидать продолжения повышения точности прогноза, по крайней мере, до некоторой степени. Существует много споров о том, каковы реальные пределы для прогноза погоды, и он может никогда не достичь точки, когда мы сможем спрогнозировать точную погоду для местоположения, превышающего несколько недель в нашей жизни. Но с точки зрения вещей, которые мы пытаемся предсказать в этом мире, прогнозирование погоды на ближайшую перспективу является большой историей успеха. Надеемся, что по мере роста доверия к нашей способности прогнозировать погодные и почвенные условия будет извлечена большая ценность для более эффективных операций, повышения урожайности и улучшения охраны окружающей среды.