ЧИСЕЛЬНІ МЕТОДИ ПРОГНОЗУ
Метеорологи давно шукали заміни якісних методів прогнозу погоди об'єктивними кількісними методами. Останнім часом особливо перспективними вважаються чисельні методи прогнозування погоди. Газети й журнали часто-густо посилаються на цей новий метод. Що ж таке чисельний прогноз? Дехто вважає, що це особливо точний прогноз, складений електронно-обчислювальними машинами. Невтаємниченим людям часто здається, що відомості про погоду, зібрані більше ніж за 100 років у різних країнах, можна піддати статистичній обробці і на основі одержаних даних з високим ступенем ймовірності передбачити погоду. Проте чисельні методи зовсім не зв'язані із статистикою. Мова йде про фізико-математичний метод попереднього складання карт зміни властивостей атмосфери на різній висоті для великих районів, наприклад для всієї півкулі. Метод математичних прогнозів сам по собі не новий. Ще в 1904 році норвезький вчений Вільгельм Б'єркнес (його називають основоположником динамічної метеорології) опублікував загальну програму таких розрахунків. Проте на той час було ще дуже мало даних про кліматичні умови у вільній атмосфері. Крім того, вчені погано знали закони, за якими змінюється стан атмосфери. Тому зазнали невдачі досліди й англійського метеоролога Леві Річардсона, який під час першої світової війни опрацював «метод попереднього розрахунку поля тиску» і для прикладу в 1922 році попробував розрахувати зміну атмосферного тиску й прогноз погоди для Європи на 6 год вперед. Чисельний результат його розрахунків виявився зовсім нереальним, проте запропонований ним принцип розрахунку зміни поля тиску за кроками, тобто через малі проміжки часу, ліг в основу сучасних чисельних методів прогнозу.

На теренах бувшого Радянського Союзу успішні спроби розрахунку майбутніх (через добу) значень атмосферного тиску, температури повітря й сили та напряму вітру були проведені в 1940 році в Головній геофізичній обсерваторії під керівництвом І. О. Кібеля. Але розрахунки прогностичних карт велися вручну, тому трудомісткість методу й недостатня точність одержуваних результатів ускладнювали впроваджування чисельних методів завбачення погоди в широку практику служби погоди.

Але ось з'являються електронні обчислювальні машини, і їм доручають аналіз погодних умов. Сам аналіз відразу стає об'єктивним, а прогноз кількісним. На обчислення машина витрачає 8—10 хв. Спочатку машини обмежувалися дослідженням так званих баротропних умов, при яких сила вітру не залежить від висоти повітряних потоків. Дальші пошуки привели до того, що почали враховуватися теплообмін між океаном і атмосферою, вплив суші і конденсаційні процеси при утворенні хмар і опадів. Ідея чисельного методу прогнозування зводиться до математичної інтерпретації закономірностей атмосферних процесів. З цією метою підбирають систему рівнянь, які описують ці надзвичайно складні 126 закономірності найбільш близько до дійсності. Головна трудність підбору полягає в тому, що рівняння, які описують атмосферні процеси, дуже складні і містять багато невідомих. Пошуки відповіді метеорологічної задачі на ЕОМ починають з визначення чисельного методу її розв'язання і програмування. Математична інтерпретація атмосферних процесів, подана у вигляді диференціальних рівнянь, інтегралів, логарифмічних, показникових і трансцендентних функцій, замінюється робочими формулами, які зводяться до виконання чотирьох основних дій арифметики. Інформація, яка надходить з метеостанцій про погоду, і складена програма обчислень переносяться на електронні носії і служать основою майбутніх розрахунків. До електронних машин сконструйовані приставки, які видають за 4—5 хв. карти з надрукованими значеннями метеоелементів і проведеними ізолініями.

Більшість синоптиків уважно і з співчуттям ставиться до чисельних прогнозів погоди, слідкує за їх розвитком. Але, безперечно, зустрічаються серед синоптиків і скептики.
— Який же це прогноз? — говорять вони.— Адже при його складанні ви нехтуєте багатьма важливими факторами. Ви, наприклад, не враховуєте припливів тепла до рухомих мас повітря, щоб полегшити розв'язання рівнянь. Ви вважаєте, що реальний вітер збігається з геострофічним — вітром «надуманим», який рухається без прискорення. І ще багато якими факторами ви нехтуєте або ж замінюєте їх наближеними. А ось ми, синоптики, враховуємо всі діючі фактори!
Вони, безперечно, помиляються, ці скептики. Коли прогноз складається суб'єктивно, коли він не є результатом обчислень, то дуже важко встановити, що і як враховується в цьому прогнозі. Важко не лише особі, яка спостерігає все це збоку, але й самому авторові прогнозу — синоптику. І потім, якщо синоптик вважає, що він все враховує, то чому ж тоді він іноді помиляється і як йому удосконалювати свої методи прогнозу? Інша справа — чисельний прогноз. При чисельному прогнозі цілком ясно, які ефекти враховуються, а які ні. Тим самим легко скласти собі уявлення про межі застосовності тієї чи іншої схеми чисельного прогнозу.
Причин неточності чисельних прогнозів сьогодні в основному три: по-перше, це неповнота фізичної схеми прогнозу, неточне врахування в ній тих чи інших факторів, що впливають на погоду; по-друге, недостатня кількість або ж недостатня точність даних спостережень в початковий момент прогнозу; по-третє, наближений спосіб розв'язання рівнянь. Проте вже зараз розробляються такі методи розв'язання прогностичних задач, які не вели б до досить значних помилок.