Керри и Джейсон Гайет поженились в прошлом году. Свадьбу устроили летним днём на островке, расположенном вблизи вермонтского берега озера Шамплейн. Погода была даже лучше, чем по прогнозу, а синоптики обещали умеренную облачность, ветер западный, два-четыре метра в секунду. На небе не было ни облачка, и на поверхности воды играли солнечные лучи. "Это был идеальный день для свадьбы", - вспоминает Сюзанна Лабомбард, мать невесты. 
        После того, как новобрачные поцеловали друг друга, погода стала портиться. "Ветер изменился и начал всё сильнее задувать с севера, - говорит Джейсон, - но я не видел в этом никакого повода для беспокойства". Жених и невеста сели в открытую коляску, запряженную лошадьми, чтобы проехаться по острову, но через некоторое время ветер серьезно усилился, и невеста стала опасаться, что унесёт ее вуаль. Тогда они повернули назад. "Я отчётливо видел край облачного фронта - он был примерно в трёх километрах от нас", - говорит Джейсон.
        Они вернулись к шатру, где собралась большая часть приглашенных на торжество гостей (всего их было 200 человек). Полотняные стенки развевались на ветру, а несколько колышков вырвало из земли. Волноваться, казалось, было по-прежнему не о чем: шатер размером 18 на 36 метров был закреплён с помощью кольев, забитых в землю более чем на метр. "Эта штуковина уж точно никуда не улетит", - заверил Джексона ди-джей. Через пару минут жених услышал за спиной оглушительный треск - мощный порыв ветра оторвал шатёр от земли и швырнул в толпу гостей. Тяжёлые колья разнесли посуду вдребезги, а центральный столб пролетел над всей поляной. Шквал продолжался всего пару минут, тем не менее пострадало семь человек. Бабушка жениха скончалась от ранений.

        Погода - явление глобального масштаба. Штормы и бури, теплые и холодные фронты могут распространяться на тысячи километров. В то же время изменения затрагивают каждого из нас и проявляются в различных местах по-разному. Во время свадьбы погода была отличная, но потом пронесся шквал - вот та локальная особенность, которая заинтересовала бы организаторов и участников. Мы хотим от метеорологов практически невозможного: постоянно изучать процессы, затрагивающие всю атмосферу, и при этом угадать, какая погода будет в нашей точке сегодня в пол-пятого вечера.
         Благодаря главным образом улучшению приборов наблюдения и мощным компьютерам, метеорологи могут делать всё более долгосрочные прогнозы. Так, сегодня в США температуру на пять дней вперед предсказывают с точностью до трех градусов, что на один градус точнее, чем тридцать лет назад. В 1987 году предупреждение о ливневых осадках поступало за семь минут до их начала, а в 2004 году - уже за сорок семь. В 2004 году на побережье Мексиканского залива и Флориду обрушилось несколько ураганов. Ещё тридцать лет назад метеорологи, прогнозируя, в каком месте ураган достигнет суши через три дня, допускали погрешность в 760 километров. В 2004 году предполагаемая ошибка составляла пятьсот километров, что позволяло проводить более выборочную эвакуацию населения.
         И тем не менее идеально точный прогноз получить практически невозможно, потому что даже мельчайшие изменения в атмосфере могут повлечь за собой коренные перемены погоды. Не исключено, что мы никогда не сможем со стопроцентной точностью предсказывать передвижения ураганов, а самые мелкие и быстрые изменения погоды, подобные тому порыву ветра, который нанёс немалый урон свадьбе, и впредь будут для нас неприятными сюрпризами.

        "Метеорология пока еще не стала точной наукой, говорит Чарльз Макгилл, сотрудник Берлингтонского отделения Национального управления по исследованию океанов и атмосферы. Накануне свадьбы Джейсона и Керри это отделение предсказало сильный ветер, но не днём, а поздно вечером. - Может быть, когда нибудь методы прогнозирования и будут настолько хороши, что позволят точно определять, где и когда пройдет гроза, но мне кажется, что этот день наступит не скоро".
         Погода формируется в результате взаимодействия атмосферы и солнечного тепла, в этом процессе участвуют и другие факторы. Часть солнечной энергии отражают облака, другая часть согревает землю и океанские воды. Воздух, нагревшийся в тропиках, становится менее плотным, поднимается в верхние слои атмосферы и перемещается к полюсам. По пути он охлаждается, содержащаяся в нем влага конденсируется, образуя облака, и выпадает на землю в виде осадков. Вращение Земли заставляет воздушные потоки отклоняться: в Северном полушарии - вправо, а в Южном - влево. Направление воздушных потоков определяют также горные хребты, океанские течения и струйные воздушные течения, несущиеся вокруг земного шара в верхних слоях атмосферы со скоростью, достигающей трехсот километров в час. К делу подключаются местные колебания давления, и в результате возникает ситуация, которую мы назваем погодой.
         Изучение процессов, определяющих погоду, занимает десятилетия. Эти процессы находятся в тесном взаимодействии, и зависят от стольких случайностей, что погода в результате напоминает летнее кучевое облако: его неторопливый полёт выглядит абсолютно предсказуемым, и в то же время каждый его завиток словно живет своей, странной и, казалось бы, совершенно независимой жизнью.

         Первые прогнозы погоды стали делать там, где в них была необходимость, например, в морских державах. Англичанин Эдмунд Галлей, тот самый, в честь которого была названа комета, в семнадцатом веке составил для моряков карту пассатов и азиатских муссонов. В России первым о том, что необходимо вести метеорологические наблюдения и, главное, научиться предсказывать погоду, заговорил Петр I. В середине восемнадцатого века Михаил Ломоносов изобрёл несколько метеороологических приборов и предложил теорию, которая объясняла грозовые явления. И, наконец, в 1834 году Россия стала первой страной, в которой была создана государственная служба наблюдений за погодой. Её центром была Нормальная обсерватория в Санкт-Петербурге. Кроме того, было основано шесть филиалов. Сейчас в России в структуру Госкомгидромета входят более двух тысяч метеорологических станций, на которых собирают данные и отправляют их во Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации, расположенный в Обнинске.

         Для того, чтобы предсказать погоду, нужно знать, какова она сейчас, каковы, по определению метеорологов, погодные условия на данный момент, - и это одна из сложнейших задач. В США данные поступают в девять Национальных центров прогнозирования явлений окружающей среды (НЦП), которые входят в структуру Национальной метеорологической службы.
         Ежедневно в НМС приходят рапорты о 192 тысячах наблюдений со станций, с кораблей - 2700, с метеорологических буёв - 18 тысяч, с метеозондов - около 250 тысяч, с самолетов - 115 тысяч, со спутников - 140 миллионов. Сведения поступают и от метеослужб других стран. Но и всего этого бывает недостаточно.
         Компьютерные модели, на которые сегодня опирается прогнозирование погоды, требуют большего объема информации, преподнесённого в более упорядоченной форме. Им необходимы данные из точек по условной сетке, охватывающей атмосферу, которые обновлялись бы каждый час, а лучше - каждую минуту. В реальности это недостижимо. Спутники с трудом "видят" сквозь плотные облака и не могут с большой степенью точности определять направления ветров. Метеорологические станции, метеозонды, самолеты и корабли, ведущие наблюдения за погодой, расположены неравномерно, и из многих слаборазвитых регионов, например с обширных просторов Африканского континента, поступает очень мало данных.
         Для того, чтобы дополнить эти наблюдения и выбрать корректные исходные данные, метеорологи берут наиболее подробные снимки атмосферы и определяют, как она изменится в ближайшем будущем. Так получается некий промежуточный прогноз, который помогает метеорологам заполнить пробелы в полученных ими сведениях и получить законченную картину текущего состояния погоды во всех точках воображаемой глобальной сетки. Она создается с помощью метода математических моделей, который помогает заглядывать в будущее.
         Компьютерная модель атмосферы, по сути, машина времени. Уравнения описывают ключевые процессы, управляющие погодой, такие, как движение воздуха, испарение, вращение Земли, выделение тепла при конденсации или или замерзании воды. Метеорологи вводят данные о состоянии атмосферы, модель их анализирует и выдает прогноз того, как будет изменяться её состояние. Метеорологи, зная текущее состояние атмосферы, понимают, что с ней будет через минуту. И ещё через минуту.
         "Вот так и продвигаешься вперед маленькими шажками, вновь и вновь решая эти уравнения", - говорит Джеймс Хоук, директор входящего в НЦП Центра гидрометеорологического прогнозирования, который готовит общий прогноз погоды для всей территории Соединённых Штатов Америки. На каждом этапе работы модель вычисляет состояние погоды во всех точках воображаемой глобальной сетки, что позволяет метеорологам рисовать полную картину погодных условий на данный момент, а затем переносить еев будущее, чтобы составить пргноз. некоторые модели позволяют заглядывать в будущее даже на шестнадцать дней, хотя точность таких прогнозов невелика: фактически они могут сказать нам только о том, будет ли температура выше или ниже обычного среднемесячного показателя.
         Даже маленькие шажки в будущее требуют мощного компьютерного обеспечения. "Мы и раньше знали, какие уравнения нам нужно использовать", - говорит Стейси Стюарт из Национального центра прогнозирования ураганов, находящегося в Майами. Однако первые компьютеры работали недостаточно быстро. Они давали прогноз на позавчера.
         Сегодня в вычислительном центре НЦП, расположенном на окраине Вашингтона, установлен один из самых мощных в мире компьютеров, доступных метеорологам, который обрабатывает данные. Он называется "Блю" - "синий". Его дублёр - "Уайт" - "белый" - находится в другом месте, а есть еще и третий суперкомпьютер, "Рэд" - "красный", его используют для усовершенствования моделей. "Блю" работает ещё не в полную мощность, но к 2009 году он будет совершать 8,6 триллиона операций в секунду - с обычным калькулятором на такую работу ушло бы пятнадцать тысяч лет.
         Однако даже самые изощрённые компьютерные модели сильно упрощают реальное положение дел в атмосфере. Большинство из них отслеживает и обрабатывает данные о погоде в точках, расположенных в десятках километров друг от друга, в то время как на самом деле погодные условия могут сильно различаться в пределах всего лишь нескольких километров, а грозы, например, обычно охватывают как раз такие небольшие растояния. Кроме того, модели имеют определённую специализацию: некоторые лучше прогнозируют ураганы, другие - зимние погодные явления, например, дождь со снегом. Метеорологи пытаются выйти из положения, используя разные модели. Всё это прибавляет учёным работы.

         Не облегчает жизнь и так называемый "эффект бабочки". В 1972 году Эд Лоренц, метеоролог из Массачусетского технологического института, использовал происходящие в атмосфере процессы в качестве примера для объяснения теории хаоса, согласно которой самые незначительные изменения могут через некоторое время приводить к грандиозным последствиям. Лоренц говорил о том, что легчайший ветерок, поднятый движением крыльев бабочки в одном полушарии Земли, может вызвать в другом полушарии бурю. Это, конечно, преувеличение, но в нём есть доля правды. Мелкие явления, оставшиеся незамеченными по той или иной причине - из-за того, что они попадают в пределы погрешности, из-за ошибочных данных или в результате особенностей модели, - могут привести к серьезным изменениям погоды.
         Небольшая перемена ветра может на километры отклонить ураган от спрогнозированного курса. "Зимой перемена температуры на какую-то долю градуса может предопределить, что будет падать с неба - снег, дождь или дождь со снегом, - говорит Хоук. - Эти небольшие изменения оказывают огромное влияние на миллионы людей".
         Для того, чтобы эффект бабочки не сводил на нет всю работу метеорологов, учёные прибегают к методу комплексного прогнозирования. В качестве отправной точки они берут набор начальных условий и составляют на его основе некоторое количество разных прогнозов - оно может доходить и до пятидесяти, как в Европейском центре, который является лидером в области применения этого метода. Каждый раз в наборе начальных условий делается небольшой допуск: изменение силы ветра на метр в секунду, температуры - на градус, влажности - на один процент. Таким образом, в прогноз вносится статистическая погрешность: скажем, сорок три из компьютерных прогнозов предсказывают снег, а семь - дождь. Именно поэтому во многих прогнозах есть слова "возможно" и "вероятно".
         Последнее слово в составлении прогноза принадлежит не компьютеру. В США после того, как модель выдает своё заключение, оно переводится в удобочитаемую графическую форму, и посылается в Центр гидрометеорологического прогнозирования. Там результаты работы компьютеров проверяют метеорологи.

         Брюс Терри дежурил в Центре. Он сидел, окруженный компьютерными мониторами. На одном из них было изображение, полученное с помощью радиолокатора: сине-зеленое пятно, наползающее с юга на долину Огайо. На другом - вид со спутника: этот же район, закрытый серым облаком. Держа в руках результаты компьютерного моделирования, в этот осенний день Терри пытался был определить, где пойдет дождь и насколько сильным он будет. По его словам, прогнозирование осадков - одна из самых трудных задач.
         Сложнее всего это сделать летом, когда дожди проливаются по большей части из грозовых облаков, слишком маленьких для того, чтобы их брали в расчёт компьютерные модели. "Летом в одном месте может выпасть несколько сантиметров осадков, а в пяти километрах от него вообще ничего", - сказал Терри. Прогнозировать осадки легче в холодные сезоны, когда все погодные явления более масштабные и ведут себя более организованно, как и это облачное пятно.
         Терри еще раз посмотрел на экран и сказал: очень важно уметь распознавать, когда особенности модели начинают влиять на точность прогноза. - Сейчас, сравнивая изображение мощных дождевых облаков на экране радара и скромный прогноз компьютера, он почувствовал, что происходит именно это. - Похоже, что компьютеры на первые шесть часов прогноза никогда не предсказывают осадки правильно". Опыт подсказывал Терри, что вот-вот должен пойти сильный дождь. Над южной частью Скалистых гор установилась область низкого давления, вытягивающая влажный воздух из района Мексиканского залива и усиленно снабжающая бурю влагой.
         Компьютер выдал самый точный прогноз, какой только мог, и теперь была очередь Терри. Положившись на интуицию, он с помощью компьютерного графического редактора внес решительные коррективы в прогностические карты осадков, и составил предупреждение об очень сильном дожде. Терри предсказал, что к утру центр бури будет над Вашингтоном и обрушит на город потоки воды. Передний край бури накроет Новую Англию, там может пойти снег. На следующий день оказалось, что его соображения были правильными.

         Сотрудники Центра составляют не прогнозы, а "инструкции", или "предупреждения", которые рассылают в 125 подразделений. Кроме того, данными Центра пользуются фирмы, которые составляют карты и обрабатывают спутниковые изображения, передавая их транспортным компаниям, телеканалам, газетам и интернет-сайтам.
         Некоторые службы прогнозируют не столько погоду, сколько то, как она скажется на инфраструктуре, окружающей среде и экономике. В некоторых штатах осуществляется пробные проекты, в рамках которых предсказания зимних бурь объединяются с данными о состоянии дорог и уличного движения. Это делается для того, чтобы помочь дорожным службам своевременно отправлять необходимое количество снегоочистительных машин туда, где они нужны.

         Какое будущее у прогнозирования обычных явлений, которые интересуют большинство людей - холодных фронтов, дождей и ясной погоды? Качество таких прогнозов будет неуклонно повышаться, уверен Ричард Антес, президент Межуниверситетской ассоциации по изучению атмосферных явлений: "К 2025 году точность прогнозов станет практически идеальной. Если в прогнозе говорится, что выпадет 30 сантиметров снега, значит выпадет от 25 до 35 сантиметров". Недельные прогнозы температуры и осадков будут так же точны, как сегодня - двух- или трехдневные.
         Появятся более подробные модели, компьютеры будут мощнее. В некоторых крупных городах США, к примеру, уже действуют пробные проекты интенсификации работы компьютеров, позволяющие прогнозировать грозы за сутки с точностью до нескольких километров. Это полезно для аэропортов, но недостаточно для того, чтобы быть уверенным, что гроза не испортит вам свадьбу. Однако метеорологи уверены, что ключевую роль в повышении точности прогнозов сыграет повышение детальности собираемой информации.
         Спутники нового поколения помогут заполнить пробелы, о которые сегодня спотыкаются прогнозы. Планируется, что в декабре заработает совместная американско-тайваньская система, которая будет зондировать атмосферу с помощью радиосигналов спутников Глобальной Системы Позиционирования (GPS). Шесть орбитальных спутников будут принимать сигналы, прошедшие сквозь атмосферу и вернувшиеся в космос. Анализируя воздействие температуры и влажности воздуха на скорость прохождения через него радиоволн, система будет создавать глобальную карту этих свойств атмосферы.
         Другие спутники будут зондировать атмосферу с помощью лидаров. Они действуют по тому же принципу, что и радары, только вместо радиоволн используют лучи лазера. Анализируя отражение лучей от молекул воздуха и пылинок, лидар определяет скорость ветра. Оборудованный лидаром спутник сможет следить за ветрами, дующими над океанами, где наблюдения ведутся фрагментарно, но именно там зарождаются ураганы. "Если нам удасться довести точность определения того места, где ураган достигает берега, до сотни километров, - говорит Джим райна, физик из Университета штата Нью-Гемпшир, работающий над усовершенствованием лидара, - то можно будет проводить осмысленную эвакуацию жителей, вместо того, чтобы объявлять тревогу чуть ли не на половине территории всего восточного побережья Соединённых Штатов". Райан надеется, что в следующем году получится поднять лидар в воздух на метеозонде. Это будет первым шагом на пути создания оснащенного лидаром спутника. Пока идут наземные испытания этих устройств.
         Но, несмотря на все технические достижения последних лет, тот день, когда метеоролог сможет забыть об интуиции и полагаться только на технику, наступит еще очень не скоро.