Монография является логическим продолжением ранее опубликованной книги автора «О природе некоторых сверхдлительных атмосферных процессов» (Л.: Гидрометеоиздат, 1978).

В основу исследования положена гипотеза о том, что долгосрочный прогноз метеорологических полей может быть построен на базе заранее предвычисленных, на независимой основе, аномалий интегрального неадиабатического притока тепла. Если это удастся сделать хотя бы в грубом приближении, то задачу долгосрочного прогноза метеорологических полей можно поставить так, чтобы не возникала проблема предсказуемости состояния атмосферы в её традиционной трактовке.

Книга рассчитана как на специалистов по гидродинамическому долгосрочному прогнозу погоды и моделированию колебаний климата, так и на метеорологов широкого профиля.

В последние годы достигнут безусловный успех в интегрировании моделей общей циркуляции атмосферы малыми шагами по времени на срок до нескольких лет. При этом неплохо воспроизводится климат и внутригодовая изменчивость.

Тем не менее вопрос адекватности погоды, воспроизводимой этими моделями, реальной погоде будущих месяцев и сезонов остаётся открытым. И хотя сценарии будущего климата, особенно в тех случаях, когда оценивается роль антропогенных факторов, основываются на интегрировании именно таких моделей, в практической службе месячных, сезонных метеорологических прогнозов модели общей циркуляции как оперативные не используются. Объясняется это тем, что получаемые прогностические поля ещё далеки от желаемых. Последнее связано с рядом причин, но прежде всего с тем, что в процессе интегрирования уравнений динамики малыми шагами по времени приходится сталкиваться, по крайней мере, с двумя непреодолимыми трудностями.

Первая из них это появление так называемой нелинейной неустойчивости, в принципе присущей системам нелинейных уравнений и приводящей, в частности, к тому, что ошибки начальных данных со временем возрастают по экспоненте и уже через 1—2 недели существенно искажают картину. В результате возникает проблема предсказуемости и предела предсказуемости атмосферных процессов в терминах погоды.

Предел предсказуемости погоды оказывается ограниченным. Теоретически он не превышает, по-видимому, 2—3 недель, а практически достигнутый предел — не более 1—1,5 недели. В связи с этим за пределами предсказуемости надёжный прогноз погоды вряд ли возможен.

Вторая трудность связана с тем, что с увеличением заблаговременности прогноза уменьшается роль начальных данных, но одновременно возрастает роль неадиабатических притоков тепла, расчёт которых может быть осуществлён лишь приближённо. При интегрировании модели шагами по времени притоки тепла на каждом новом шаге вычисляются на основе величин, генерируемых этой же моделью, и не могут поэтому не содержать ошибок. Модель их будет воспринимать точно так же, как ею воспринимаются и ошибки начальных данных. Поэтому даже в случае полноты начальных данных и отсутствия в них ошибок проблема предсказуемости не снимается.

В предлагаемой читателю книге известного специалиста в области гидродинамических прогнозов погоды профессора Ш. А. Мусаеляна на современном уровне и, пожалуй, впервые с такой полнотой излагается проблема предсказуемости. В книге далее развивается новый и принципиально иной подход к решению задачи долгосрочного прогноза, позволяющий обойти указанные выше трудности.

Суть нового подхода в том, чтобы каким-то независимым способом хотя бы приближённо спрогнозировать основные неадиабатические притоки тепла, а затем решать задачу на установление, т. е. задачу приспособления атмосферы к заданным притокам тепла. В этом случае на заключительном этапе задача долгосрочного прогноза формируется не как начально-краевая, а как краевая задача, предусматривающая решение диагностических уравнений. Тогда сильно упрощаются требования к численной реализации модели, требования к некоторым видам начальных данных и резко снижаются требования к возможностям вычислительной техники. Проблема предсказуемости в такой постановке не возникает так остро, как при интегрировании уравнений шагами по времени.

Предложенный автором один из возможных методов прогноза неадиабатических притоков тепла, по-видимому, не единственный и не во всем пока совершенен, что признаёт и сам автор. Тем не менее он правильно акцентирует внимание на необходимости учёта в первую очередь главных неадиабатических факторов, связанных с тепловой инерцией океана и облачностью.

Автор иллюстрирует принципиальную возможность прогноза неадиабатических притоков тепла, и, безусловно, эти методы должны совершенствоваться. Главным в книге всё же является развиваемый автором принципиально иной подход к самой постановке и решению задачи долгосрочного метеорологического прогноза методами гидродинамики.

Книга наводит на серьёзные размышления и это важно прежде всего. Она, безусловно, найдёт и заинтересованного читателя и последователей.

Предисловие научного редактора
Профессор Е. П. Борисенков

Книги на ту же тему

1. Численные методы решения задач динамики атмосферы и океана: Сборник статей, Дмитриева-Арраго Л. Р., Руховец Л. В., Шнееров Б. Е., ред., 1968
2. Численные методы краткосрочного прогноза погоды, Гандин Л. С., Дубов А. С., 1968
3. Тепловой режим океана и долгосрочные прогнозы погоды, Угрюмов А. И., 1981
4. Долгосрочные гидрометеорологические прогнозы в Северной Атлантике, Кондратович К. В., 1977
5. Методы долгосрочных прогнозов погоды, Гирс А. А., Кондратович К. В., 1978
6. Анализ и предсказание погоды численными методами, Томпсон Ф., 1962
7. Крупномасштабные динамические процессы в атмосфере, Хоскинс Б., Пирс Р., ред., 1988
8. Численное решение задач динамики атмосферы и океана, Марчук Г. И., 1974
9. Численные методы прогноза погоды, Белов П. Н., Борисенков Е. П., Панин Б. Д., 1989
10. Суперкомпьютерное моделирование в физике климатической системы: Учебное пособие, Лыкосов В. Н., Глазунов А. В., Кулямин Д. В., Мортиков Е. В., Степаненко В. М., 2012
11. Модели глобальной атмосферы и Мирового океана: алгоритмы и суперкомпьютерные технологии: Учебное пособие, Толстых М. А., Ибраев Р. А., Володин Е. М., Ушаков К. В., Калмыков В. В., Шляева А. В., Мизяк В. Г., Хабеев Р. Н., 2013
12. Математические модели циркуляции в океане, Марчук Г. И., Кочергин В. П., Саркисян А. С., Бубнов М. А., Залесный В. Б., Климок В. И., Кордзадзе А. А., Кузин В. И., Протасов А. В., Сухоруков В. А., Цветова Е. А., Щербаков А. В., 1980
13. Математическое моделирование общей циркуляции атмосферы и океана, Марчук Г. И., Дымников В. П., Залесный В. Б., Лыкосов В. Н., Галин В. Я., 1984
14. Климат и циркуляция океана, Манабе С., Брайен К., 1972
15. Спектральные модели общей циркуляции атмосферы и численного прогноза погоды, Машкович С. А., 1986
16. Проблемы общей циркуляции атмосферы: Труды 3-й Всесоюзной конференции по общей циркуляции атмосферы, Погосян Х. П., ред., 1972
17. Лабораторные модели физических процессов в атмосфере и океане, Алексеев В. В., Киселева С. В., Лаппо С. С., 2005
18. Воздействие тепловых потоков из океана на колебания климата высоких широт, Савченко В. Г., Нагурный А. П., 1987
19. Синоптическое взаимодействие океана и атмосферы в средних широтах, Гулев С. К., Колинко А. В., Лаппо С. С., 1994
20. Динамика и прогноз крупномасштабных аномалий температуры поверхности океана (статистический подход), Питербарг Л. И., 1989
21. Физика атмосферы, Хргиан А. Х., 1953
22. Энергия и климат: Сборник статей, 1981
23. Возможности предотвращения изменения климата и его негативных последствий: проблема Киотского протокола: материалы Совета-семинара при Президенте РАН, 2006
24. Метеорология и климатология: учебник. — 7-е изд., Хромов С. П., Петросянц М. А., 2006