Сейчас температуру воздуха прогнозировать проще всего. Точность на три дня составляет 95–96 %, а на неделю – 70 %. С ветром и давлением чуть больше проблем. На завтра метеорологи ошибаются в двух случаях из ста, но на каждый последующий день точность снижается на 5 %. Сложнее всего предсказать осадки. На два-три дня точность прогноза 87–90 %, а на неделю вперед смотреть уже бессмысленно. До недавнего времени проблемой была оперативность информирования. По телевизору показывали прогноз через два-три дня после его составления, да и то сразу для больших регионов. При этом даже в крупном городе в одном районе может идти дождь, а в другом нет. Тем не менее оперативный прогноз получали авиа- и корабельные диспетчеры, сотрудники чрезвычайных служб, а также организации, для которых предсказание погоды жизненно важно. Несколько лет назад благодаря интернету и увеличению числа метеоспутников стали появляться сервисы, где данные выкладываются уже через два часа после регистрации космическим аппаратом. Причем прогнозы наносятся на карты с масштабом всего в несколько километров, даже для труднодоступных регионов, где нет наземных метеостанций. МЧС использует SMS-информирование в случае прогноза опасных метеоявлений в ближайшие сутки. Тенденция к повышению точности остается, так что в будущем есть надежда дойти и до точности 99 % и надежно предсказывать погоду на неделю вперед.
Сейчас для этого на МКС проходит эксперимент «Ураган». Это одно из самых длительных исследований, проводимых на орбитальных станциях. Оборудование для него появилось на орбите в 1999 году, оно постоянно модернизируется, как и методы использования получаемых данных. Так, во время пандемии COVID‐19 был проведен анализ распространения инфекции воздушно-капельным путем и сопоставлен с метеоданными о потоках воздуха и влажности.
Еще один эксперимент, «Конвергенция», был призван расширить знания о процессах в атмосфере для составления более точных и простых моделей для расчета. Прибор одновременно определял влажность, температуру и скорость движения облаков на области 810 километров за секунду, да еще и параллельно позволял регистрировать грозовые разряды и электрические атмосферные явления. Обычные грозы обнаружить несложно – электрический разряд создает электромагнитные колебания, которые даже на старом телевизоре или радиоприемнике выглядят как помеха в сигнале. Вспышка тоже бывает хорошо видна. Еще Павел Попович – четвертый космонавт СССР – вне запланированных экспериментов наблюдал грозу. Тогда он сильно напугал медиков, ведь на Земле они договорились, что «Гроза» будет кодовым словом для обозначения расстройства вестибулярного аппарата.
Наблюдать молнии несложно, но важно, ведь они являются маркерами атмосферного явления, а также сами по себе опасны. Предупреждения о возможных грозах помогают уменьшить число чрезвычайных происшествий. Однако оказалось, что далеко не все так просто. В 1989 году благодаря экспериментам по отработке новой камеры для высокоточных снимков случайно удалось открыть новый вид молнии, которая бьет вверх. Она получила имя «Спрайт». Новый тип сразу заинтересовал исследователей. Оказалось, что на более старых снимках с орбиты спрайты тоже есть, но их принимали за помеху. Молнии этого типа могли приниматься и за НЛО. В том же году со снимков с шаттла Atlantis STS‐34 был обнаружен еще один вид молний – голубые джеты. Чуть позже были открыты эльфы и несколько разновидностей джетов. Специально для исследования был организован эксперимент на МКС. В нем участвовали Виктор Афанасьев, Константин Козеев и Клоди Эньере. Спрайты и другие молнии бьют вверх, так как высокий слой атмосферы – ионосфера – имеет заряд, и в облаке есть избыток электронов, которые возникают из-за трения потоков. Из двух слоев получается аналог конденсатора, а когда на них скапливается слишком много электричества, возникает пробой. Хотя детали еще предстоит узнать, космонавты отчетливо видят, что высотные молнии активно влияют на состояние атмосферы, ионосферы и магнитосферы.
Подтвердить или опровергнуть гипотезу происхождения спрайтов и эльфов, а также оценить опасность явления для авиации был призван эксперимент «Молния-гамма» на МКС. Оборудование регистрировало вспышку от разряда и количество электронов и гамма-излучения, которое приходит после этого. В исследовании Thor-Davis высокоскоростная камера со 100 000 кадров в секунду помогает увидеть развитие молнии, движение зарядов и оценить их вертикальный профиль. Наконец, в рамках эксперимента «Молния-СМ» космонавты изучали связь появлений спрайтов и эльфов с погодными, геофизическими, сейсмическими, космическими и другими явлениями. Возможно, в скором времени удастся не только предугадывать молнии и таким образом обезопасить полеты воздушного транспорта, но и даже частично управлять грозовыми разрядами.
Пока же космонавты изучают главные источники дождей и гроз – облака. Еще Валентина Терешкова провела исследование облаков в 1963 году. Она смотрела на слой атмосферы на краю диска планеты – лимбе, чтобы было видно, как далеко от Земли они летают. А годом позднее Константин Феоктистов регистрировал яркость, размер, контрастность и прозрачность облаков. Чуть позже Алексей Леонов благодаря своему художественному таланту даже зарисовал карандашами восходящее Солнце, которое осветило атмосферу. В воздухе свет рассеивается тем больше, чем больше толща, через которую лучу нужно пробиться. Плотность уменьшается с высотой от поверхности. При этом рассеивается сначала излучение коротких длин волн – фиолетовый свет, а уже потом красный свет. Собственно, это видно во время закатов и рассветов. Когда Солнце располагается над головой, небо голубого цвета. Вечером и утром свет проходит большую толщу воздуха, и до наблюдателя доходят только красные лучи, которые окрашивают небо в оранжевый и розовый. На орбите видна вся атмосфера, а на просвет она наблюдается всеми цветами радуги. При этом оттенки служат маркерами высоты.
Существуют так называемые подковообразные облака. Свое название они получили потому, что доходят до самой границы стратосферы, но выше подняться не могут, поэтому «растекаются» и