Не за компьютером, а на лыжах. Как работают люди, наблюдающие за погодой
Прогноз погоды можно узнать по телевизору, по радио, на десятках сайтов. Одни источники более авторитетны, другие менее, но все они вторичны: даже если сайт использует собственные метеомодели, для анализа нужны первичные данные, и спутниковыми фотографиями не обойтись. Поэтому любой прогноз опирается на данные тысяч государственных метеостанций, на которых работают живые люди и руками измеряют влажность, атмосферное давление, глубину снега и десятки других параметров, включая точку росы и радиационный фон.
Зачем метеорологам лыжи, человеческие волосы и солнечные зайчики, как связаны марля и авария на Фукусиме, и почему для воздуха нужны два термометра, а для почвы целых семь — выяснял корреспондент A42.RU Вячеслав Ворожейкин.
Жизнь по Гринвичу
В Кузбассе метеостанций двадцать две, информацию от них аккумулирует Кемеровский гидрометцентр. Каждая метеостанция — это домик с компьютерами, линия связи и метеоплощадка с приборным парком, стандартизированным для всей страны. Ближайшая к Кемерову метеостанция находится в посёлке Новостройка — туда-то мы и напросились на экскурсию.
Метеостанция находится в самом центре посёлка, в частном домике, который ничем не отличается от других домов на улице. Начальник метеостанции Юрий Кайгородов встречает нас у калитки и сразу возвращается внутрь, садится за компьютер и стучит по клавиатуре — мы приехали аккурат к концу трёхчасового отрезка, когда метеорологи формируют отчёт для синоптиков.
Внутри станции — четыре комнаты-кабинета, на кухне топится печь. На полках — справочная литература, за стеклом древние барометры, на пузатом мониторе трансляция с камер наблюдения за метеоплощадкой. Часы над столом показывают половину третьего, хотя в Кемерове утро: на метеостанции живут по Гринвичу.
— Часть параметров приборы собирают автоматически: атмосферное давление, температуру воздуха и почвы, скорость и направление ветра, осадки. Каждые три часа мы снимаем все показания, оцениваем облачность, дальность видимости и прочее, заполняем таблицу, кодируем и отправляем в Кемеровский гидрометцентр, — рассказывает Юрий Кайгородов.
Из Кемерова информация после обработки перекочует в Новосибирск, затем Москву и, наконец, Женеву — там находится штаб-квартира Всемирной метеорологической организации. Поэтому все метеорологи мира, каков бы ни был их язык и цвет кожи, выходят на площадки в одно и то же время и отправляют одни и те же коды.
Юрий Кайгородов работает с 1991 года и помнит времена, когда автоматической станции не было. Все данные, даже банальную температуру воздуха, метеоролог снимал с приборного парка вручную. Сейчас автоматика облегчает работу, но далеко не полностью: метеорологи по-прежнему обходят метеоплощадку каждые три часа, а для измерения глубины и плотности снега проходят километровые маршруты.
Спутники, радары и метеостанции
Прогноз погоды и в Росгидромете, и в коммерческих компаниях составляют специалисты-прогнозисты, опирающиеся на работу компьютерных метеомоделей. Модели оперируют данными из четырёх ключевых источников: статистики прошлых лет, фотографий метеоспутников, данных наземных климатических радаров и, что важнее всего, — метеостанций.
Метеорадары находятся у земли и делают трёхмерные снимки атмосферы в радиусе до 200 километров. Спутники фотографируют облака из космоса и видят очертания циклонов. И те, и другие охватывают огромные площади, но показывают только состояние атмосферы. Фактическую же температуру, влажность, давление, направление ветра на местах измеряют только метеорологи на метеостанциях. Измерения температуры почвы, плотности снега, радиационного фона ни спутникам, ни радарам не подвластны. Важно и количество: метеорадаров за Уралом — единицы, метеостанций — тысячи.
Именно данные метеорологов позволяют предупредить разнообразные опасности, оценить мощность паводков, риск вымерзания посевов, направление перемещения штормов. Спутники не дают массива ключевых данных — для этого работают специально подготовленные люди.
Барометр и телеграмма
Лампа над столом начальника метеостанции при ближайшем рассмотрении оказывается вертушкой с таблицами поправок для приведения атмосферного давления к уровню моря. Раритетный прибор применяется в паре с громоздким ртутным барометром — по нему очень удобно измерять те самые миллиметры ртутного столба. Я приглядываюсь к бирке барометра: «ГУГМС, Ленинград, 1955 год», — выбито на ней. Вещь старше моих родителей.
Это не музейный экспонат: когда в посёлке отключается электричество, все современные датчики слепнут. Метеостанция переходит на методы и приборы, принцип работы которых не менялся десятилетиями. Давление измеряют барометром, направление и силу ветра — с помощью флюгеров, дождевую воду собирают в мерный резервуар. Все данные вносят в рукописный журнал, кодируют вручную синоптическую телеграмму, и только передают не через телеграф, как встарь, а по мобильному телефону.
Ирина Чумаченко, техник-метеоролог, показывает барограф — механический прибор для непрерывной регистрации атмосферного давления. В нём чувствительный к давлению металлический цилиндр соединён с рукояткой самописца. Часовой механизм вращает барабан с бумажной лентой, самописец наносит линию, отражающую изменение давления.
— Сейчас мы не используем данные барографа для отчёта, но всё равно его заводим — так удобнее отслеживать тенденцию на повышение или понижение давления, — объясняет Ирина Чумаченко. — Когда я начинала работать, сложной электроники не было. Порой нам до сих пор проще от руки всё написать, закодировать и передать. К компьютерам потом ещё и привыкать пришлось.
Наблюдения не прекращаются никогда: стандартные данные передают каждые три часа, некоторые — чаще. В Кемеровском гидрометцентре круглосуточно дежурят в паре техник-метеоролог и синоптик. Они принимают показания от 22 метеорологов и вносят их на синоптическую карту. В динамике эти данные позволяют составить прогноз на три дня вперёд с оправдываемостью выше 90%. Благодаря тем же отчётам синоптики отслеживают опасные погодные явления: зная направление и силу ветра, они заранее предупреждают экстренные службы на местности.
Марля, Фукусима и осадкомер
Отправив отчёт, Юрий Кайгородов ведёт нас на экскурсию по метеоплощадке. Она находится по другую сторону дороги: поначалу я принял её за трансформаторную подстанцию из-за пары больших будок и двойного забора. На самом деле большая часть площади за забором — пустая охранная зона, в которой не должно быть ни строений, ни деревьев. Сама же метеоплощадка — стандартный огороженный квадрат со стороной 26 метров. Все метеоплощадки в России устроены одинаково.
Первый прибор — ведро в коробе. Официально это не ведро, а резервуар для мониторинга окружающей среды: снег, выпавший за день, растапливают и определяют кислотность осадков. Резервуар должно быть химически инертным — пластиковым. Рядом — металлический планшет с марлей 70 на 70 сантиметров. Марлю ежедневно сворачивают, упаковывают в конверт, снабжают сопроводительным письмом и отправляют в новосибирскую радиометрическую лабораторию.
— Так определяют выпадение техногенных загрязнений — радиационных и других. Марлю в лаборатории озоляют в муфельной печи и производят измерения, — объясняет начальник метеостанции.
По следам цезия на куске марли из Новостройки прекрасно отслеживалась, например, авария на атомной электростанции Фукусима.
Общий радиационный фон измеряют с помощью переносного дозиметра гамма-излучения «Дрозд», результаты тоже передают ежедневно. Потому что метеостанция в Новостройке, как и весь город Кемерово, находится в стокилометровой зоне топливных предприятий Росатома в Северске.
Металлическая «розочка», похожая на увеличенную во много раз школьную поделку — осадкомер Третьякова. Именно этим прибором измеряют миллиметры выпавшего дождя, которые мы видим в прогнозе погоды. Конструкция простая: ведро с носиком и подставка. В тёплое время года ведро закрывают воронкой с маленькой дырочкой, чтобы нивелировать эффект испарения с поверхности. Показания снимают дважды в день: воду из ведра переливают в мерный сосуд со шкалой. Изогнутые пластины — просто ветровая защита.
Сейчас его дублирует современный автоматический осадкомер, который устроен сложнее: сборную поверхность нагревает тепловой элемент, растопленный снег стекает в сосуд на весах. Компьютер определяет количество осадков по разнице масс. Но когда электричество отключают, метеорологи снова обращаются к старичку Третьякова.
Блондинки и стеклянный шар
Будка, которую я принял за трансформаторную, оказалось метеорологической. В ней четыре термометра: минимальный и максимальный — измеряют соответственно минимальную и максимальную температуру воздуха между сроками наблюдения. Сухой и смоченный — это два обычных ртутных термометра, но предназначены они для измерения влажности воздуха.
— Как это термометрами можно измерить влажность? — удивляюсь я.
— Один из термометров обёрнут тряпочкой-батистом, — объясняет Юрий Кайгородов. — Перед измерением тряпочку смачивают дистиллированной водой, она начинает испаряться, температура термометра из-за этого падает. Интенсивность испарения зависит от температуры и влажности — значит, зная температуру, можно вычислить влажность воздуха и точку росы.
Сейчас метеорологи не делают этого каждый день: работает автоматический датчик влажности. Но когда электричество отключается — психрометрические таблицы у них наготове.
Здесь же, в метеобудке, расположен волосяной гигрометр — когда вода замерзает, влажность можно измерить с его помощью. Принцип действия основан на способности обезжиренного волоса изменять длину под действием влаги. Чем больше влажность, тем больше провисает волос и отклоняется стрелка. Вплоть до 1980-х годов гигрометры изготавливали именно из человеческих волос, причём женских, рыжего и белого цвета — они более пористые и потому более чувствительны к влаге. В импортных аналоговых гигрометрах использовался синтетический волос, но в России и сейчас много метеостанций, на которых приборы с человеческими волосами работают до сих пор.
Стеклянный шар в центре метеоплощадки похож на инструмент гадалки, но предназначен не для раскладов таро, а для измерения продолжительности солнечного сияния. В подставке гелиографа нет движущихся частей, зато она сориентирована по солнцу строго определённым образом. Шар фокусирует на бумажной ленте крохотный солнечный зайчик, который и прожигает дневную диаграмму.
— Заводить никакой механизм не надо, он миллионы лет работает, солнечный механизм, — улыбается Юрий Кайгородов. — Тучки набежали, солнышко не сияет — луч не фокусируется. По бумаге потом видно, сколько часов в день было солнечно.
Прямо на снегу лежат срочный, минимальный и максимальный термометры — они измеряют температуру поверхности. Летом они нужнее, потому что температура поверхности почвы — важный параметр для сельскохозяйственных предприятий.
Ещё нужнее агропрому данные вытяжных термометров, которые погружены в землю на семь стандартных глубин: 20, 40, 80, 120, 160, 240 и 320 сантиметров. Чтобы снять показания, начальник метеостанции по очереди вытягивает их наружу. Термометры не совсем обычные: для лучшего теплового контакта пространство между резервуаром и стенками металлического наконечника заполняется медными или латунными опилками.
Показания из верхних слоёв важны для сельского хозяйства, из нижних — могут пригодиться, например, для оценки теплопотерь из труб отопления. Впрочем, на глубине больше трёх метров температура в течение года меняется всего на 2-4 граудса.
— Я видел данные по семидесятым годам, зимой почва иногда промерзала на глубину до двух с половиной метров, — вспоминает Юрий Кайгородов. — Сейчас обычно сантиметров на восемьдесят. Морозы стали менее интенсивными и продолжительными. Раньше -30 градусов могло держаться две недели, сейчас — пару дней.
Завершается экскурсия у высокой мачты: на ней стоит современный датчик скорости ветра, а над ним — флюгер Вильда с двумя досками. По отклонению лёгкой доски определяют силу ветра до 20 м/с, по отклонению тяжёлой — до 40 м/с.
Облачность измеряет последний и главный прибор — глаза. Метеоролог делит небосвод на 10 воображаемых квадратов и прикидывает площадь облаков в баллах. Тип и форму тоже определяет по описанию, но здесь хотя бы можно свериться с международным атласом.
На лыжах по полю
Зимой у метеорологов прибавляется работы: в конце каждой декады они парами выходят на измерения снега по двум маршрутам — лесному и полевому. Протяжённость маршрута — один километр. Инструменты — рейка, похожая на гигантскую линейку, и металлический цилиндр с безменом — снегомер.
На маршруте метеоролог пять раз измеряет глубину снежного покрова и десять раз берёт пробу плотности. Для этого снегомером вырезают в снегу цилиндр до земли, подводят под горлышко совочек, переворачивают и взвешивают. Плотность снега определяется отношением массы к объему, и это ключевой показатель для оценки количества запасаемой воды.
— Сейчас хорошо, снег неглубокий, — рассказывает Юрий Кайгородов, демонстрируя нам методику. — Когда слой достигает 80 сантиметров, там уже двойное измерение нужно проводить. Сейчас мы проходим маршрут за час-полтора, а когда снег высокий, будет более двух часов.
Закапываться в снег, вырезая ровный цилиндр, трудно чисто физически. Нужно низко наклониться, взрезать наст, затем одной рукой придерживать снегомер, второй — вставить совок. Учитывая, что метеорологи часто — женщины в возрасте, это нелёгкий труд. Собранные данные чрезвычайно важны и для сельхозпредприятий, и для противопаводковой работы.
— Вот кажется, всё просто: рейка, цилиндр, весы, — объясняет Юрий Кайгородов. — Десятого числа была снегосъёмка, средняя высота по маршруту — 14 сантиметров, плотность — 0,13 м3/см. Умножаем их — получаем запас воды в снеге. У нас он пока составил 18,2 миллиметра — вот такой слой воды сейчас как бы лежит на полях. В конце зимы он может достигать 180 миллиметров и более. Умножая эти значения на площадь, получим важнейшую противопаводковую информацию — сколько тысяч кубов воды попадёт в речную сеть. Достаточно умножить на площадь и внести ряд поправок — например, на испарение. Накладываем данные на многолетнюю статистику, и, зная расход воды в створе реки и погоду в дни паводка, может предсказать его интенсивность и площадь затопления.
Никакой спутник или радар такие данные не соберёт. Поэтому каждые десять дней Юрий Кайгородов и два десятка его коллег по всему Кузбассу надевают лыжи и идут в лес, потирая спину. Смены им в виде молодых сотрудников на метеостанциях практически нет.
— У нас служба такая, вымирающая, — невесело усмехается начальник метеостанции. — Это у вас, журналистов, есть целый факультет в КемГУ. А у нас, метеорологов, ближайшее учебное заведение — в Иркутске. Есть ещё в Москве, Санкт-Петербурге, Тульской области. И то там на метеорологов только учатся, а работать не идут.
Юрий Кайгородов не слишком распространяется о причинах, но догадаться нетрудно. Техник-метеоролог — одна из тех должностей в бюджетной сфере, где используется механизм доплаты до МРОТ, чтобы зарплата вообще соответствовала трудовому законодательству. Оттого и не спешат юные метеорологи осваивать непростой приборный парк.
Корпорации и призрак социализма
В информационную эпоху точные данные — ценный капитал. Пользователи не платят за прогноз напрямую, но корпорации и СМИ вполне успешно монетизируют его, например, через рекламу. Кроме того, с помощью данных о погоде увеличивают немаленькую капитализацию своих компаний авиаперевозчики и агрохолдинги. Для составления прогнозов используют облачные вычислительные мощности и сложнейшие IT-продукты. Примечательно, что весь технологический массив в итоге упирается в Юрия Андреевича и его коллег на лыжах, с термометрами и барометрами: «вес» данных тысяч метеостанций при расчёте моделей намного превышает вес данных из всех прочих источников.
На государственном уровне это, кстати, понимают: президент давно утвердил «Стратегию деятельности в области гидрометеорологии…», по которой до 2030 года предполагается существенно увеличить число пунктов наземных метеорологический наблюдений в России. В Новостройке это не слишком чувствуется: на метеоплощадку полушутя уже не раз «покушались» соседи.
— Мне порой люди говорят, мол, да что у тебя тут такого особенного, две будки, три градусника. Надо метеоплощадку в другое место перенести, а здесь дорогая земля, здесь лучше дом построить. То есть люди плохо представляют, какую информацию мы в итоге получаем и сколько делаем для народного хозяйства, — разводит руками Юрий Кайгородов.
На прощание он показывает мне сушильные шкафы для образцов почвы. Летом снега нет, но метеорологи проводят другие исследования — оценивают количество продуктивной влаги на полях, выступают экспертами в спорах сельхозпредприятий со страховыми компаниями. По коммерческим договорам могут вести регулярное наблюдение за полями: отслеживать фазы вегетации растений, определять оптимальные места и сроки проведения работ. Есть в штате метеостанции и отдельный специалист — агрометеоролог.
Ощущение, что прогноз погоды — вещь простая и бесплатная, Юрий Кайгородов называет пережитком социализма. Все так привыкли, что эта информация ничего не стоит, что забывают, каким трудом она даётся.
У выезда на развязку от посёлка я включаю в машине радио. «По данным "Яндекс.Погоды", днём 6 декабря ожидается от -6 до -8 градусов мороза, ветер северо-западный, слабый», — бодро тараторит радиоведущий. Я в этот момент думаю, что в Яндексе, конечно, работают крутые ребята, но без вот этих, в стареньком домике с печкой, у них бы мало что получилось.
Фото: Александр Денисов / A42.RU