Эпоха цифры: "грибной" дождь

Как много изменилось за последние 15 лет в мире морских метеопрогнозов! Сложно поверить, что еще несколько лет назад всё было совсем по другому...

.. 1998 год. Финляндия. Мой первый поход на яхте Л-6 за границу. Капитан и старпом стоят у застеклённого стенда в марине Котки, озабоченно изучая факсимильную карту погоды, только что вывешенную менеджером марины. Загадочные кривые изолиний, жирные дуги фронтов и логарифмическая шкала скорости ветра в углу - всё это выглядит для меня примерно так же, как курс ядерной физики для неандертальца. Впрочем, и опытные яхтсмены явно испытывают проблемы: ясно, что на нас движется холодный фронт, но какой именно силы будет ветер - определить по карте сложно. Принято решение выходить, хотя перспективы на ветер очень туманные: от 4 до 6 баллов. Ясно одно: шторма не будет, и это уже хорошо..

Во время перехода штурман внимательно следит за показаниями барографа, не забывая заводить его, записывает в журнал изменения атмосферного давления, облачности и видимости. По изменению характера облачности и барической тенденции мы оцениваем происходящее в атмосфере - слава богу, всё примерно совпадает с прогнозом..

С того далекого дня в июле 1998 года прошло 15 лет. Многое в парусном спорте безвозвратно изменилось, и в прогнозировании погоды произошла не одна, а несколько тихих революций. Ушли в прошлое бумажные карты погоды и скрупулезное вывешивание распечаток в офисах марин стало скорее традицией, чем жизненной необходимостью. Сначала в наиболее развитых странах, а затем и повсеместно, основным источником свежей погодной информации стал Интернет.

Наверное, самым значительным изменением за эти 15 лет стало широкое распространение программ получения прогнозов в GRIB-файлах - формате обмена информацией между метеослужбами разных стран, который оказался очень удобен для получения информации в интересующем шкипера регионе, что экономило дорогой мобильный и спутниковый интернет.

GRIB - gridded binary - это формат который разрабатывался для обмена и хранения архивной погодной информации.. Это простой и компактный формат, который описывает с шагом в один или в несколько часов изменяющиеся погодные условия в узлах заданной географической сетки. GRIB-файлы могут содержать информацию об атмосферном давлении, ветре, осадках, температуре, направлении и скорости течения и волн и десятков других параметров.

Эта статья состоит из двух частей: в первой статье я попробую рассказать, как правильно пользоваться GRIB файлами, на примере наиболее распространённой и популярной модели GFS. Во второй части речь пойдёт об основных отличиях различных математических моделей, используемых в прикладной метеорологии, лежащих в основе получаемых яхтсменами прогнозов. В ней мы рассмотрим с вами разнообразные альтернативы GFS, которые доступны как на платной, так и на бесплатной основе.

Модель GFS

Итак, как делаются прогнозы?

Важно понимать - все прогнозы, которыми мы с вами пользуемся (если вы только не составили прогноз сами!) получены в результате анализа данных с тысяч погодных станций по всему миру мощными суперкомпьютерами. Существует множество математических моделей процессов в нашей атмосфере, и знание об особенностях и ограничениях той или иной модели даёт нам понимание того, каким образом мы можем её использовать.

Самой популярной и распространенной метеорологической моделью используемой разнообразными сайтами с прогнозами погоды является модель GFS. Собственно, GRIB-файлы содержащие данные, полученные по этой модели, вы и увидите скачивая данные в популярных программах GRIB.US, zyGRIB или pocketGRIB.

GFS расшифровывается как Global Forecast System (Глобальная Система Прогнозирования). Эта метеорологическая модель создана американским государственным агентством NCEP (National Centers for Environmental Prediction, Национальные Центры для Предсказания Окружающей Среды), которое является структурным подразделением всесильного NOAA - Национального управления океанических и атмосферных исследований США.

GFS модель обновляется четыре раза в день. Разрешение (“сетка”) этой модели невелика: несмотря на то, что сама модель имеет разрешение 27-35 км, в GRIB файлах используется сетка в в 0.5 градуса (примерно 50км). (С 2015 года точность сетки увеличена в 2 раза - до 0.25 градуса, но сути модели это не меняет - Ф.Д.) У GFS несколько достоинств: во-первых, эти данные предоставляются американцами абсолютно бесплатно. Во вторых, прогнозы в GFS делаются аж на 384 часа вперёд. И, в-третьих, прогнозы этой модели покрывают весь земной шар!

Браузеры GRIB-файлов

Существует множество бесплатных или крайне недорогих программ, которые могут скачивать GRIB-файлы c данными модели GFS. Вам нужно только выбрать мышкой на карте интересующий вас регион, нажать кнопку “Download” - и у вас на руках оказывается подробная погодная карта заказанного региона. Самые популярные среди моих знакомых - это программы zyGRIB (Windows) и pocketGrib (Apple). Популярность также набирает погодный модуль к пакету Navionics for iPad.

Что выбрать? В принципе, все просматривалки “грибов” устроены примерно одинаково. Подведя мышь к интересующей вас точке, вы можете узнать в ней скорость ветра, высоту и направление волнения,температуру и другие параметры. Вы также можете прокручивать время на карте вперёд и назад, обычно с интервалом в 3 или 6 часов и наблюдать тенденцию развития погодных условий. Однако по богатству функциональных возможностей и количеству параметров которые можно отсматривать, с большим отрывом в моём личном рейтинге лидирует zyGRIB. Несмотря на некоторые сложности с установкой, эта программа идеально подходит для нужд яхтенного шкипера, планирующего переход.

Кроме программ-броузеров, загруженные GRIB-файлы можно подгружать в навигационные картографические программы, такие как MaxSea, Navionics for iPad/iPhone. Если в вашей программе есть маршрутный модуль, и вы знаете скоростные характеристики вашей яхты на разных курсах, то загрузив в свой навигационный софт свежие грибы, вы можете попробовать рассчитать оптимальный маршрут движения, с учётом полученного прогноза.

Давайте посмотрим как правильно пользоваться получаемыми в GRIB-файлах данными и делать из них выводы.

Скорость ветра

Многие простые просматривалки GRIB-файлов показывают скорость и направление ветра только в виде условных хвостатых стрелочек на карте. Это не очень удобно, поскольку в качестве стрелок показываются так называемые “средние” значения ветра (wind), и опускаются данные о скорости ветра на порывах (wind gusts). Более сложные программы, такие как, например zyGRIB, покажут, что среднее значение ветра в интересующей нас точке 15 узлов, но на порывах можно ждать до 25 узлов ветра. (Именно этим фактом объясняется добрая половина сообщений о неточных прогнозах и скорости ветра в GRIB-файлах: обращайте внимание на значения скорости ветра на порывах!)

Волнение

Новость последних двух лет: вместе с моделью GFS многие программы подгружают сразу данные волновой модели FNMOC-WW3. Сама по себе модель GFS не генерирует информации о том, что происходит с волнами, поэтому на основе её данных запускается дополнительная компьютерная модель. В модели есть информация как об остаточной зыби (swell), так и о ветровой волне (wind). Отдельным параметром идёт вероятность появления срывающихся гребней волн (whitecaps).

Как и в случае ветра, в информации о волнении нам интересна не только средняя высота волн, но и максимальная высота волн и их период. Также важен и период волны: чем меньше период волны, тем она круче. Например, безопасная океанская зыбь высотой в 2.5 метра будет иметь период порядка 10-12 секунд. С другой стороны, средиземноморская волна высотой 2.5 метра будет иметь период примерно 6-7 секунд - достаточно 2-3 часовой прогулки в бейдевинд при таких условиях, чтобы ваш экипаж запросился на берег.

При переходе в условиях открытого моря, обратите внимание на разницу направлений в которых идёт зыбь (swell) и ветровая волна. Не ждите ничего хорошего, если на старую зыбь под углом 90 градусов накладывается свежая ветровая волна высотой 1-2 метра - так называемый cross swell! Пока зыбь не уляжется, или не повернёт по ветру, вам обеспечена суровая болтанка.

Температура, влажность и “точка росы”

Многие шкиперы совершенно игнорируют эти дополнительные параметры, и зря. Если вы ходите в северных водах, то довольно быстро вам станет понятна на практике связь между появлением тумана и текущей разницей между температурой воздуха и точкой росы. Напомним, что туман возникает тогда, когда температура на уровне моря сравнивается с “точкой росы” и конденсация воды из пара начинается прямо на уровне моря. zyGRIB позволяет просматривать параметр dew point gap - разность между температурой и “точкой росы” и прогнозировать вероятность появления тумана на маршруте.

Весной и осенью температура воздуха ночью - важный фактор при принятии решения, идти или не идти в ночной переход. Иногда бывает лучше немного опоздать против графика, чем привезти в порт команду замороженных пингвинов, закутаных во всё теплое что есть на яхте и проклинающих парусный спорт.

Атмосферные фронты

Один из главных недостатков GRIB-файлов GFS модели: они не покажут вам как именно расположены фронты в проходящей через ваш регион фронтальной погодной системе - эта информация в GRIB-файлы не заложена - и, соответственно, они не учтут резкого усиления ветра при прохождении холодного фронта и связанных с ним грозовых (кучево-дождевых_ облаков. Иногда удаётся по резкому повороту ветра по часовой стрелке на погодной карте предугадать прохождение холодного фронта, но насколько интенсивным будет это прохождение - остаётся только гадать.

Для того чтобы увидеть как расположены в системе атмосферные фронты, используйте карты IAC fleetcode, которые можно загрузить в zyGRIB на текущий и на следующие дни, или скачивайте с сайтов NOAA и MetOffice “классические” карты с прогнозом погоды, которые предсказывают погоду вплоть до 120 часов вперёд. Фактичеcки, это та же карта что и в вашем браузере GRIB-ов, с нанёсенными на неё фронтами.

Важный параметр для анализа вероятности встречи с шквалами, смерчами и другими неприятными явлениями, которые несут нам грозовые облака является загружаемый в GRIB-файлах параметр CAPE - Convective Available Potential Energy. CAPE можно использовать как индикатор вертикальной нестабильности атмосферы и вероятности возникновения в интересующем нас регионе грозового облака.

Точность прогнозов

NCEP постоянно работает над улучшением прогнозов, получаемых при помощи GFS. Среди причин ошибок прогнозов называется масса факторов - недостаточная вычислительная мощность используемого американцами кластера супер-компьютеров, неверные данные, получаемые с сотен метеостанций всего мира, ошибок программирования и так далее. Тем не менее, факт остается фактом - GRIB-файлы с данными GFS моделей в некоторых случаях дают серьезные расхождения с реальной погодой, и сайты любителей метеорологии пестрят постами с заголовками типа “Why GFS forecasts are so crappy”

Сами авторы модели GFS пишут, что не стоит доверять прогнозам. полученным с её использованием на T+180, но для бытовых нужд обычного яхтсмена и 120 часов предлагаемых браузерами GRIB -файлов хватает с избытком. На практике, не стоит доверять прогнозам GFS выходящим за рамки 72х часов. Более того, если вы ориентируетесь на хотя бы 90% точность - не заглядывайте дальше 48 часов от точки расчёта прогноза.

GRIB-ы модели GFS во многом революционизировали прикладную метеорологию в яхтенном мире - теперь подробные метеоданные о силе ветра, температуре и осадках на следующие в любой точке мира стали доступны по одному щелчку мыши.

Наверное 90, если не 99% шкиперов в наши дни пользуются для получения прогнозов GRIB-файлами. Удобный интерфейс “смотрелок”, неплохая детализация, покрытие до 5 дней и полная бесплатность - казалось бы, GRIBы должны давно вытеснить все другие источники прогноза, из арсенала современного яхтсмена. Однако, многие шкиперы (и я в том числе) поверившие было в GRIB-файлы как в святой Грааль яхтенной метеорологии, были быстро разочарованы. GRIBы систематически врали, занижали показания ветра, игнорировали “зоны ускорения” и 40-узловые шквалы. Яхтенные учебники явно не поспевали за новыми тенденциями, и самые авторитетные мои знакомые шкипера и инструкторы не могли уверенно объяснить - как может врать точный, 24 часовой прогноз выданный не кем-нибудь, а самой главной на свете американской службой NOAA??

Преподавая курс метеорологии в парусной школе я в числе прочего всегда упоминал о том, что “грибам” не надо верить на 100%, что нужно использовать 2-3 ( а лучше 5!) источников погодной информации, но на вопрос “почему?” всегда придумывал какие-то обтекаемые ответы...

Разгадка забрезжила, когда я на личном опыте убедился, что по какой-то причине прогнозы хорватских и словенских синоптиков точно предсказывают антициклоническую бору - местное погодное явление, связанное с накоплением масс холодного воздуха за хребтом. В то же время GRIB-файлы полученные из программ GRIB.US и zyGRIB показывали лёгкие ветра и никакой боры. Та же история повторилась в Норвегии - сайт yr.no оказался в разы точнее GRIB-файлов.

Внимательное изучение сайтов метеорологических ведомств подтвердило догадку: бесплатные GRIB-файлы и метеоофисы публикуют информацию полученную разным способом. Так для меня открылся волшебный мир погодных математических моделей мезомасштаба, и результатами этого небольшого исследования я хотел бы поделиться с вами во второй части этой статьи.

( Статья впервые опубликована в журнале"Yacht Russia" от 01/2013 в сокращенном виде. Статья скомпилирована на основе материала урока "Прогнозы погоды", онлайн-школы Клуба Парусных Экспедиций, http://elearn.60north.ru. (с) 2012 Ф. Дружинин, перепечатка в любой форме без разрешения запрещена)