Идеальный океан встретит вас жутким штормом

Трудно выведать секреты Океана, но еще труднее ими воспользоваться. Без помощи компьютера не обработать собранные данные. Причина очевидна: Мировой океан так громаден, что наблюдениями охвачена лишь малая его часть. Обширные просторы Океана остались бы белым пятном на карте исследователей, если бы не компьютерная интерполяция. Только так можно устранить лакуны и пробелы: заполняя их какими‑то усредненными показателями, воссоздавая по обрывочным сведениям целостную картину бытия Мирового океана. «Лишь подобные искусственные модели, тщательно выстроенные на компьютере, позволяют систематизировать наши сведения о мировом климате и прогнозировать его развитие», — говорит Моджиб Латиф, сотрудник Германского центра моделирования климата.

В компьютер стекается беспорядочный поток данных, собираемых, разнообразными приборами. Машина превращает этот хаос в четкую, хорошо понятную схему. По ней можно судить о том, как живет Мировой океан, какие процессы в нем наблюдаются, к чему они могут привести. Работа компьютерщиков так же трудна, как и их коллег, занятых измерениями на палубе корабля. Сперва в компьютер вводят карту всех мировых морей с точной разметкой их глубин. Затем на нее наносят сетку, содержащую от 10 до 35 тысяч точек. Рядом с каждой из этих точек отмечают еще пятнадцать— тридцать точек, находящихся на разной глубине. В общей сложности получается как минимум 200 000 точек. Для каждой из них указывают температуру, содержание соли, скорость воды, а также координаты, описывающие направление морского течения, — всего пять цифр. Однако сама по себе эта подробная карта не так уж важна.

Весь этот титанический труд необходим для того, чтобы зафиксировать состояние Мирового океана в какой‑то конкретный момент времени. Но, как известно, в любом процессе важны не сиюминутные показатели, а общая тенденция. Нужно оживить эту карту, чтобы понять, что будет через несколько месяцев, например, в тот загадочный день «пятого августа».

Итак, надо привести в движение тщательно выстроенную систему. Иначе нельзя исследовать океанические течения — эту тайную жизнь Океана. Нам известны пять цифр, характеризующих состояние той или иной точки Мирового океана, — и известны пять уравнений (для специалистов поясним, что речь идет о сложной системе дифференциальных уравнений), которые описывают, как и в какие моменты времени одни точки нашей пространственной сетки влияют на состояние соседних с ними точек. Однако эту систему уравнений надо еще постараться решить!

Здесь‑то и начинаются настоящие трудности! Увы, эта система не имеет общего знаменателя. Можно получить лишь какие‑то приближенные ответы, и вся мощь компьютера будет занята постепенным подбором наиболее точного из возможных приближенных решений. Наконец, они получены. Теперь машина, зная состояние моря в определенный момент времени, вычисляет, что произойдет через несколько часов, а для этого оценивает, каким образом каждая из наших десятков и сотен тысяч значимых точек повлияет на состояние соседних с ней участков Океана.

И разумеется, ученым приходится постоянно считаться с тем, что полученные решения не точны, а весьма приближенны. С каждой последующей операцией накапливается погрешность. Если дать волю компьютеру, если доверчиво положиться на его машинный разум, то он выстроит модель нарастающей энергии Океана, с волнами, которые будут вздыматься все выше, морские течения помчатся все неудержимее, а водовороты превратятся в какой‑то ненасытный «мальстрем», куда низвергнется все, что ни плывет в Океане.

Сейчас самый большой модельный расчет, в котором имитируется целых сто лет из жизни океана, длится от шести до восьми месяцев. Ученые внимательно следят за тем, как протекает расчет, чтобы прервать его, если модель далеко отклонится от реальности. Как показывает опыт, даже самые удачные модели нужно «обкатывать» по части корректировки в течение двух лет, пока наконец они не станут давать стабильные прогнозы.

Европа во льдах

Исследователи провели интересный эксперимент с одной из таких моделей. На своих компьютерах они увеличили приток пресной воды в море Лабрадор, лежащее у берегов Канады, — самую уязвимую зону мировой системы течений. Подобное событие вполне возможно, если в результате глобального потепления начнут таять льды Гренландии, окаймляющей море Лабрадор с другой стороны.

Итак, что произойдет в ближайшие два с половиной столетия, если пресная вода будет все прибывать. Нарушится глобальная циркуляция воды. Гольфстрим уже не сможет беспрепятственно втекать в море Лабрадор. Мотор мировых океанических течений начнет работать с перебоями. Гольфстрим замедляет, а затем прекращает свой бег. Последствия этой перемены начнут чувствительно ощущаться: средняя температура в Европе понизится до 10 градусов Цельсия. Еще недавно в Гренландии текли талые воды. Теперь арктические льды стремительно разрастаются, продвигаясь на юг. Ветер разносит холодный воздух по всему северному полушарию. Даже в Гималаях средняя температура воздуха падает на два градуса.

Как только ученые остановили компьютерное таяние ледников в Гренландии, все вернулось на круги своя. В последующие два с половиной столетия климат постепенно нормализовался. Возобновил свое течение Гольфстрим — бойлерная Европы. Быстро потеплело. Люди стали заново обживать часть света, еще недавно изнывавшую под сугробами и льдами.

Ободренные подобными виртуальными успехами, ученые стали подумывать о регулярных прогнозах погоды на долгий срок. «Лет через пятнадцать мы будем так хорошо разбираться в процессах, происходящих в атмосфере и мировом океане, что сумеем предсказывать все, что только можно предсказать в этой хаотической системе», — заявляет Аугштайн.

Конечно, для этого ученым надо постоянно вносить в компьютер самую свежую информацию, собранную во всех морях мира. На ее основе составляются прогнозы. Данный модельный расчет повторяется десять раз — и всякий раз начальные условия чуть‑чуть меняются. В конце концов, готовится прогноз‑предупреждение: «Внимание! Лето на побережье Северного моря выдастся сырым и холодным. Вероятность такого события — 80 процентов».

Впрочем, уже сейчас можно с уверенностью сказать, что этот точный прогноз обрадует не всех. «Многие турагентства вовсе не хотят, чтобы люди заранее знали, какой будет погода в сезон отпусков, — считает профессор Аугштайн. — Если метеослужба принесет плохие новости, мало кто вздумает появиться на курорте, где ожидаются затяжные дожди».