Изобретай. Мысли. Твори.

Ученые по-разному оценивают срок, на который сегодня и в обозримом будущем удастся создать надежный прогноз погоды. Одни считают, что в принципе можно точно предсказать погоду лишь на одни сутки в радиусе до 200 километров. Другие полагают, что надежный прогноз можно составить и на два-три дня, но усредненно, в радиусе 500 километров. Третьи надеются, что метеорологи все же научатся безошибочно предсказывать погоду на всем земном шаре (подчеркиваем — на всем земном шаре) на один-два дня вперед. Но когда это произойдет и сколько для этого потребуется глобальных экспериментов, никто не говорит.

А вот возможно ли в принципе разработать глобальный прогноз погоды на срок больший, чем несколько дней (скажем, на недели и месяцы вперед), — на сей счет у многих метеорологов уверенности нет. Больше того, есть мнение, что задача эта вообще неразрешима. Так, например, четыре года назад на страницах газеты «Пуэн» в Париже заведующий отделом внешних сношений французской службы погоды Жак Детвийе сообщил: «Как и все метеослужбы мира, мы провели 15-летний эксперимент. И пришли к выводу, что при нынешнем положении вещей нельзя делать долгосрочных достоверных предсказаний (курсив наш. — Я. Л.). Чувство ответственности потребовало от нас прекратить эксперимент».

Совсем недавно во французском журнале «Нувель обсерватёр» было напечатано: «Прогнозы, составляемые национальным метеорологическим управлением, удовлетворительны на двадцать четыре часа вперед. Они правильно предсказывают погоду на восьмидесяти пяти процентах территории страны. Попытки же составлять прогноз на три дня — безуспешны, а если брать более продолжительный срок, то остается уповать на астрологию».

Почему же Национальный метеоцентр, оснащенный новейшими техническими средствами, мощными электронно-вычислительными машинами, расписался в своей беспомощ-

ности, хотя долгосрочные прогнозы становятся все более насущной необходимостью для нормального функционирования экономики, транспорта, многообразной практической деятельности миллионов граждан каждой страны?

«Возьмите ведро, наполните его водой и придайте ему равномерное вращательное движение вокруг собственной оси, — говорит профессор Пьер Морель, заместитель заведующего отделом метеорологии во французском Национальном научно-исследовательском центре. — Вода и ведро — жидкое и твердое тело — составят одно целое в движении, как и в состоянии покоя. Вода одинакова всюду внутри ведра, а ведро остается ведром во всех точках его поверхности. Поэтому всегда можно знать, что происходит в ведре».

Причем же здесь метеорология?

Земля и атмосфера — это то же самое ведро с водой. Но с такими усложнениями, что весь процесс становится в конце концов длинной серией исключений из правил. Именно к изучению этих исключений и приступили ученые в последние несколько лет.

Твердое (ведро — это Земля) и газообразное (вода — атмосфера) тела прочно связаны друг с другом. Но вот первая помеха: Земля вращается не только вокруг своей оси, но также и вокруг Солнца, являющегося единственным источником энергии. Эта энергия распределяется по земной поверхности неравномерно, вследствие чего на экваторе гораздо теплее, чем на полюсах. Горячий, легкий воздух поднимается из экваториальных областей и движется в направлении полюсов, в то время как плотные массы холодного полярного воздуха устремляются к экватору. Здесь и начинаются осложнения, ибо Земля — не однородное тело: существуют океаны, горы, пустыни. Движение воздушных масс то замедляется, то ускоряется. Воздушные потоки сталкиваются, изменяют свой характер, охлаждаются либо нагреваются.

Но известно ли, где, когда и как эти воздушные массы, начавшие движение от полюсов и экватора, неожиданно остановятся и начнут свое сумасшедшее кружение? «Это похоже на шарики в воронке, — поясняет Морель. — Потрясешь, они проходят сквозь отверстие, а затем вдруг где-то как-то сталкиваются, и движение прекращается. Попробуйте узнать почему...»

В конце концов итоговый, вполне определенный вид движения атмосферы должен установиться, но стабильным, устойчивым это течение является не более, чем устойчив обруч, установленный на сфере. Малейшее возмущение — и колесо покатится. Иными словами, как образно выразился известный математик, в принципе можно привести в движение атмосферу всей планеты, взмахнув платком.

«...В самом деле, — говорит советский ученый доктор географических наук В. Самойленко, — ведь если смотреть правде в глаза, то можно поразиться громадному количеству физических и географических факторов в разных частях планеты, оказывающих в той или иной степени влияние на атмосферные процессы. Поэтому в каждый данный момент имеется огромное число вариантов дальнейшего развития атмосферных процессов на Земле в целом. Их приходится учитывать даже при прогнозе погоды на ближайшие сутки.

Но чем дальше отодвигается в будущее срок предсказания, тем больше становится число возможных вариантов. И наконец их оказывается так много, что состояние атмосферы, которое наступит через 10—15 дней, фактически уже становится не более чем делом случая, который предсказать невозможно, и никакое количество глобальных и сверхглобальных

наблюдательных экспериментов делу помочь не смогут».

Но наука тем и сильна, что берет под сомнение любые, даже самые, казалось бы, убедительные доводы, достоверные утверждения.

Да, атмосферные процессы невообразимо сложны. И как сказал видный американский ученый профессор Корнельского университета Карл Саган, «точные прогнозы погоды, особенно, скажем, на неделю вперед, — вещь пока неслыханная».

Разгадать «кухню» погоды, разработать методы точного ее прогнозирования, особенно на длительные сроки, — одна из самых сложных проблем современного естествознания. Обычно в науках, которые ставят трудные теоретические задачи, принято проводить эксперименты. Но можно ли экспериментировать с погодой?

Схема общей циркуляции атмосферы. Белые стрелки — холодные воздушные массы; черные стрелки — теплые воздушные массы.

В узком масштабе это еще возможно, но, безусловно, не в мировом. Однако предмет изучения метеорологической науки — вся планета с окружающим ее пространством. Значит, и методы исследования должны соответствовать глобальному характеру самой атмосферы. Как это сделать?

Интересные результаты экспериментов с погодой в мировом масштабе можно было бы получить, если бы, например, в наших силах было остановить вращение Земли. Но так как это невозможно, стало быть, для проведения такого рода эксперимента нужна планета той же массы и того же радиуса и которая к тому же практически не вращается. Такая планета есть в нашей солнечной системе. Это Венера. Там можно поставить эксперимент в естественных условиях, о которых милостиво позаботилась сама природа. Иными словами, для понимания метеорологии Земли надо сначала попытаться постичь более простую метеорологию Венеры.

Эксперимент этот уже проводится. За последние два десятилетия Венера, еще совсем недавно доступная лишь визуальному наблюдению, стала объектом планомерных исследований с помощью автоматических межпланетных станций (АМС). Если советские и американские АМС «Вене-ра-1», «Венера-2» (1961 — 1965) и «Маринер-2», «Маринер-5» (1962 и 1967) поначалу изучали «Утреннюю звезду» издали, то с 1966 года, когда «Венера-3» впервые достигла поверхности планеты, началось исследование Венеры на месте.

Последующие советские АМС намного расширили наши знания о ближайшей к Земле планете, передав ценные сведения о ее атмосфере, а пять лет назад люди впервые увидели ее поверхность на уникальных фотоснимках, переданных станциями «Ве-нера-9» и «Венера-10». В декабре 1978 года американские автоматические межпланетные станции «Пио-нер-Венера-1» и «Пионер-Венера-2» и советские АМС «Венера-11» и «Ве-нера-12» достигли соседки Земли. Оснащенные новейшими приборами, они провели небывалый по широте охвата космический зондаж окрестностей, атмосферы и поверхности «небесной сестры» Земли. Полученные научные данные пока обрабатываются.

Но какими бы странными ни показались нам полученные сведения о физико-химических процессах в атмосфере Венеры, они должны помочь расширить наши знания об атмосферных механизмах на самой Земле. Близость Солнца, отсутствие океана на Венере и тот факт, что ее атмосфера состоит в основном из углекислого газа, свидетельствуют о том, что мы имеем дело с практически совершенной атмосферной тепловой машиной, которая вполне может стать моделью. Сравнение этой модели с земными атмосферными явлениями, на которые оказывает определенное влияние присутствие водяных паров, может вскрыть новые глобальные и типично земные механизмы климата и помочь нам лучше понять причины изменчивости земной погоды.

В будущем возможен и другой космический эксперимент.

Анализируя причины ошибок синоптиков в долгосрочных прогнозах, председатель советской комиссии по международной Программе исследований глобальных атмосферных процессов доктор географических наук Е. И. Толстиков недавно отметил: «Не берется в расчет и такое важное условие, как запасы влаги, содержащиеся в атмосфере. А ведь над нами — целые моря...» Эти моря — а точнее, настоящий океан, «подвешенный» над нашими головами, — как известно, очень сильно влияют на возникновение циклонов, ураганов и вообще всех воздушных потоков.

Так вот, поучительный эксперимент можно было бы поставить, если бы удалось убрать с поверхности Земли океаны и посмотреть, что станет с погодой. Это, конечно, неосуществимо. Зато есть планета Марс с тем же периодом вращения вокруг оси, что и Земля. Его ось вращения имеет такой же наклон, что и ось нашей Земли. А главное, на Марсе нет океанов. Таким образом, условия там весьма благоприятны для такого эксперимента.

Другими словами, в науке, у которой возможности экспериментирования ограниченны, надо искать такие модели, которые все же можно изучать. Для метеорологии или геологии, которые охватывают всю планету, единственный способ расширить перспективу — это отправиться на какую-нибудь другую планету, где иные условия.

«В результате улучшения прогноза погоды и воздействия на погоду, что, как мне кажется, станет возможным в результате развития сравнительной планетарной метеорологии, я предвижу такие экономические выгоды, которые в значительной мере оправдают расходы на программу космических исследований», — говорит уже известный нам ученый Карл Саган.

Экономические выгоды, которые сулит нам прогресс метеорологии, сегодня невозможно оценить в полной мере. Но даже первые, предварительные расчеты поистине впечатляют. Приведем лишь два примера. Уже сейчас, благодаря только метеорологическим спутникам, прогноз погоды стал более точным и определение времени сева и уборки урожаев в масштабах всей Земли дает возможность ежегодно экономить более 15 миллиардов долларов. Другой колоссальный источник экономии — гражданская авиация. Точный вось-мисуточный прогноз на международных авиалиниях позволяет снизить общую сумму эксплуатационных расходов на 3,6 процента.

Очень интересны расчеты, сделанные некоторыми зарубежными экономистами и показывающие, сколь оправдываются расходы на метеорологическую службу. Подсчитано, что при правильном предсказании погоды только на пять дней вперед, прибыль может превысить затраты на эти цели в двадцать раз. А точный долговременный прогноз на месяц—три вперед может дать доход только европейской экономике (главным образом, за счет сельского хозяйства, строительной индустрии, подводной добычи нефти, гражданской авиации, мореплавания, железнодорожного и автомобильного транспорта, рыболовства), в 70—80 раз превосходящий годовые затраты на метеослужбу. Если же заглянуть в будущее, то только развитие Всемирной службы погоды и резкое повышение точности краткосрочных и, особенно, долгосрочных прогнозов в глобальном масштабе, по мнению специалистов, столь эффективно с точки зрения экономики, что величина чистой прибыли оценивается уже в биллионах рублей.

Для повышения надежности прогнозов и увеличения их продолжительности требуется объединить усилия ученых многих стран мира. Этой цели служит возникший около пятнадцати лет назад специальный международный проект — Программа исследований глобальных атмосферных процессов (ПИГАП), — включивший в себя позднее и океанологическую проблематику. ПИГАП представляет собой, вероятно, самое крупное и дорогостоящее в истории метеорологии международное мероприятие, но цель в данном случае оправдывает средства.

В 1974 году в тропической зоне Атлантического океана был проведен международный Атлантический тропический эксперимент (АТЭП). Три летних месяца на 39 специально оборудованных кораблях (из которых 13 — советские), свыше 100 метеорологических станциях, нескольких геостанционарных и орбитальных спутниках Земли, десятках океанских буев и 11 самолетах-лабораториях, днем и ночью автоматически измерялось и регистрировалось все, что происходило в атмосфере и в океане. Четыре тысячи ученых из 35 стран Америки, Африки и Европы пытались проникнуть в тайны «кухни земной погоды». Тогда же был начат Полярный эксперимент — в Северном, а потом и в Южном полушарии. Эти исследования позволили уточнить процессы взаимодействия океана и атмосферы и, как надеются ученые, помогут раскрыть некоторые тайны общей циркуляции воздушных масс.

В конце 1978 года под эгидой Всемирной метеорологической организации и Международного совета научных советов начался новый наблюдательный эксперимент, который будет продолжаться до 1990 года и охватит всю планету. Он получил название Первый глобальный эксперимент программы (ПГЭП). В выполнении программы этого грандиозного эксперимента участвуют более 50 государств, в том числе и Советский Союз. Для проведения исследований в распоряжение ученых предоставлено 2650 наземных метеорологических станций (из них в СССР — свыше 500), более 700 аэрологических станций (из них в СССР — свыше 200), пять геостационарных спутников (они вращаются вокруг Земли с точно такой же скоростью, как и сама Земля), пять обычных орбитальных спутников разных стран, множество специально оборудованных кораблей и самолетов, 300 автоматических аэростатов, сотни дрейфующих автоматических метеостанций в водах южного океана с его пресловутыми «ревущими сороковыми», «воющими пятидесятыми» широтами и др.

Программа должна помочь разработать более совершенные модели атмосферных процессов для прогнозирования погоды от нескольких суток до нескольких недель на пространстве всего земного шара. Участники исследований рассчитывают определить пределы, на какое же время современная наука в состоянии предсказывать погоду. (Напомним, что ученые разошлись на этот счет во мнениях.)

Поставлена также цель — более эффективно использовать различные данные наблюдений, создать методы, которые помогут предсказывать крупномасштабные изменения в атмосфере. Наконец, предстоит разработать оптимальную комплексную систему наблюдений, которая обеспечила бы необходимые данные для ежедневного прогнозирования погоды.

Разумеется, успешная реализация всей программы, намеченной глобальным экспериментом, не даст в руки метеорологов «палочку-выручалочку», которая позволяла бы им безошибочно предсказывать погоду. В многообразных процессах, происходящих в атмосфере и определяющих закономерности ее изменений, еще очень много неясного. Тут, естественно, одним глобальным экспериментом не обойтись. И все метеорологи это прекрасно понимают. После первого, несомненно, понадобится второй, третий, а может быть, и больше экспериментов, ибо один-единственный глобальный эксперимент, безусловно, не может дать ответ на бесчисленное множество вопросов, связанных с решением «проблемы века» — изысканием надежных методов и средств для точного, заблаговременного предсказания состояния погоды на всем земном шаре на любой желаемый срок.

Недавно на помощь метеорологии пришла новая наука — бионика. И это закономерно. Во-первых, как справедливо отметил известный советский ученый академик Е. К. Федоров, «метеорология превратилась в столь важную для всех науку, что о ее будущем должны думать и заботиться сейчас не только метеорологи». Во-вторых, когда человек истощает весь запас своей изобретательности, он неминуемо обращается к природе за новым вдохновением, за новыми идеями, ведь нам нужно возможно скорее решить такую крупную, сложную, ответственную задачу, как точное прогнозирование погоды.