Роман Вильфанд: искусственный интеллект никогда не заменит метеоролога

— Роман Менделевич, расскажите, пожалуйста, про ваш путь в профессии, почему именно метеорология? 

— Думать о профессии я начал уже в старших классах. Тогда мне очень нравилось путешествовать, затем я полюбил точные науки — в библиотеке часто брал журнал "Наука и жизнь" и познавал много интересного и про метеорологию, и про океанологию. В то время также были популярны потрясающие и интересные книги океанолога Жак-Ив Кусто. Сильное впечатление на меня произвела книга Даниила Гранина "Иду на грозу", в которой рассказывается о том, как ученые, рискуя жизнью, изучали грозовые явления. Сейчас уже не нужно так рисковать, так как существуют радарные данные, данные дистанционного зондирования.  В итоге я выбирал между метеорологией, океанологией и генетикой, но в конце концов остановившись на метеорологии.

— Насколько актуальна сейчас профессия метеоролога, какими навыками необходимо обладать?

— Профессия метеоролога актуальна всегда — с зарождения жизни человека и по настоящее время, поскольку результатами метеорологической деятельности пользуются практически все отрасли экономики. Я давно сделал вывод, что у настоящего метеоролога должны быть развиты оба полушария, должно присутствовать и аналитическое, и образное мышление

— Прогноз погоды — это чистая математика? 

— В метеорологии работают и математики, и физики, и синоптики, а также программисты, океанологи, гидрологи. Это комплексная область знаний, где нужно задействовать все способности, не только математические.

— Ранее вы упоминали о том, что сейчас успешность прогнозов опасных явлений составляет 96%. С помощью каких инструментов удалось этого достичь?

— Сейчас точность прогнозов на пятые сутки такая же, как 50 лет тому назад на первые сутки и это показатель того, как продвинулась прогностическая деятельность. Связано это с целым рядом факторов: существенно улучшилась информационная составляющая, появились спутниковые данные, причем во всех спектральных диапазонах, каждый из которых несет свой вид информации. Раньше мы понятия не имели, где находится центр циклона, такие наблюдения велись на поверхности Земли, запускались аэрологические зонды, но этого было мало.

Когда же появились спутники, стали видны облачные скопления и центр циклона, а вместе с ним стало возможно определять и фронтальные разделы. Кроме того, появились метеорологические радары, ныряющие буи, зондирующие океан, стали собирать данные с бортов воздушных судов. А без знания процессов в океане очень сложно сейчас прогнозировать погоду и в целом описывать состояние Земли.

Наконец появилась возможность решать прогностическое уравнение гидродинамики, раньше это было невозможно сделать без суперкомпьютеров. Многие говорят, что у нас есть спутники, компьютеры, вся эта работа по прогнозу погоды совершенно простенькая, но это не так. Без человека здесь ничего не работает, без его интеллекта ничего не происходит. 

— Каков механизм составления прогноза опасных явлений? 

— Опасным явлением в метеорологии принято считать погодные явления, которые интенсивностью, продолжительностью и временем возникновения представляют угрозу безопасности людей, а также могут нанести значительный ущерб отраслям экономики. Прогноз опасных явлений — это особое направление, которое вытекает из прогноза погоды. Когда прогнозируется температура, ветер, или осадки, превышающие пороговое значение, такое явление становится относительно опасным. Например, прогнозируется ветер 5-10 м/с — это нормально, а вот если 25 м/с — это уже опасно.

Существует и дополнительный научный инструментарий, так называемая система наукастинга. Это когда прогноз о том, где в ближайшее время могут появиться опасные явления, формируется на основе анализа радарных данных и спутниковой информация за последние несколько часов. Также существуют специальные метеорологические модели, ориентированные на прогноз опасных явлений.

— Сможем ли мы когда-нибудь достичь 100% показателя в прогнозе опасных явлений?

— Никогда, так как в атмосфере существуют неопределенности. Да, мы будем все лучше прогнозировать со временем и приближаться к этому значению, но 100% никогда не достигнем.

— Почему число опасных явлений в РФ неуклонно растет? Наблюдается ли такая же тенденция в мире?

— Эта тенденция наблюдается во всем мире.

Кроме того, при потеплении климата растет содержание водяного пара, а водяной пар — это горючее для опасных явлений. Если бы не было водяного пара, то большинство опасных явлений было бы невозможным.

Повышается относительная влажность — за последние десятки лет она выросла примерно на 4-5% и это залог того, что опасные явления становятся чаще. Кроме того, меняется циркуляция воздуха. Все чаще и чаще встречаются так называемые меридиональные процессы, приводящие к переносу воздушных масс с юга на север и севера на юг. И это тоже залог опасных явлений.

— Какие последствия изменения климата мы уже наблюдаем в России? 

— Прежде всего — повышение температуры воздуха. Особенно это заметно зимой. Если сравнить два тридцатилетия с 1961 по 1990 и с 1991 по 2020, то оказывается, что средняя месячная температура в январе повысилась более чем на 3 градуса: была - 9,3 °С, а стала - 6,2 °С. Это касается и летних температур. Июльские температуры в Москве более чем на 1,5 °С превышают среднее значение за предшествующие тридцатилетия. И это колоссально, скорость повышения температурного фона в нашей стране очень большая. При этом в среднем по территории страны за 10 лет годовая температура повысилась на 0,45 °С.

Меняется и количество осадков. Южные регионы европейской части страны, такие как Крым, Краснодарский край, а также Центральные Черноземные области стали более засушливыми, чем ранее. А это зерновые регионы, являющиеся "житницей" страны. Кроме того, увеличивается количество опасных явлений. Так, за последние 25 лет по территории России их число увеличилось в два раза.

Речь идет о таких явлениях, как усиление ветрового режима, интенсивные осадки, резкие похолодания и волны жары, которые очень негативно влияют на жизнедеятельность человека. Повышается нижняя граница ледников на Кавказе и в других регионах, в связи с чем в реках, имеющих ледниковое питание, уменьшается объем воды. Есть еще и многие другие последствия, среди них увеличение количества клещей и насекомых в тех регионах, которые раньше эта проблема не затрагивала.

— ​Одной из частых тем обсуждения сегодня на различных площадках является применение технологии искусственного интеллекта в различных сферах. Используется ли он в вашей работе?

— Да, в последнее время он используется. Машинное обучение и алгоритмы нейронных сетей приносит заметную пользу в тех областях, в которых не существуют или еще не открыты физические законы. Получается дозированное использование искусственного интеллекта и надо отметить, что здесь никакой конкуренции между человеком и машиной не существует. Мы работаем с ИИ в двух направлениях, первое — это подготовка начальных спутниковых, радарных, наземных, буйковых, самолетных данных.

И при постобработке системы уравнения, применимой к погоде, которую считает нейросеть и дает свой прогноз. Дальше мы оцениваем на архивном материале ошибки, которые на самом деле связаны с различиями в данных и фактах. Все законы, которые знают метеорологи вкладываются в метеомодели, тем не менее, ошибки случаются. Поэтому применяются методы глубокого машинного обучения, чтобы неявным образом улучшить качество прогнозов.

— Вы сказали о том, что конкуренции между искусственным интеллектом и человеком нет. То есть он никогда не сможет заменить метеоролога? 

— Полностью нет. В то же время, его нужно обязательно использовать. Тут действует принцип дополнительного полезного инструмента в нашей работе, но не конкуренция.

— Год начался совсем недавно, однако прошлый запомнился нам как самый жаркий в мире за всю историю наблюдений. Возможно ли повторение такой ситуации и в этом году?

— Существует вероятность, что 2025 год войдет в пятерку самых теплых. Связано это с тем, что последние годы становятся все теплее под влиянием увеличения концентрации парниковых газов. К сожалению, пока еще не удалось стабилизировать этот процесс. Кроме того, температура океана остается очень высокой, его деятельный слой (соприкасающийся с атмосферой — прим. ТАСС) хорошо прогрелся.

Это также влияет на состояние атмосферы: передаваемое тепло от океанов, способствует повышению температуры воздуха. Однозначно говорить о том, что 2025 год будет рекордно теплым сейчас нельзя. Но то, что он войдет в топ самых теплых — это определенно, а на каком месте он будет, целесообразно говорить во второй половине года.

— Ввиду подобных тенденций, нуждается ли Парижское соглашение в пересмотре или внесению новой информации? 

— Сейчас появляется все больше и больше научных статей, в которых обсуждается, возможно ли достижение тех показателей (повышения глобальной температуры не более чем на 1,5 °С — прим. ТАСС), которые прописаны в Парижском соглашении. Прошло уже почти десять лет, пока ситуация с парниковыми газами, прежде всего, с двуокисью углерода, не стабилизируется, а нарастает. Это означает, что температуры растут. Возможно ли достижение тех показателей, когда температура в конце века в доиндустриальный период будет превышать температуру не более чем на 1,5-2 °С? Это вопрос дискуссионный, хотя постановка задачи была четко сформулирована, она действительно очень важна. Целесообразно обсуждать эту проблему не только в научном сообществе, потому что достижение этих целей требует больших финансовых затрат.

— Пересмотр климатических норм происходит раз в 30 лет, почему выбран именно этот период? 

— Есть такая наука — математическая статистика. Для того, чтобы осредненные значения были достоверны, то есть им можно было доверять, необходимо оценить, в какой период это осреднение нужно проводить: за 10 лет, за 25, за 100 лет? Исследования показали, чтобы оценки средних месячных значений температуры были "хорошими", необходимо, чтобы это осреднение было минимум за 30 лет. Казалось бы, можно и за 100 лет, но такой подход неинтересен, потому что в нынешних реалиях, когда климат меняется очень быстро, нужно оценивать, как он меняется. Поэтому промежуток в 30 лет и подходит для этого.

Для примера, можно ли осреднить температуру за пять лет и считать, что она достоверна? Да, можно, но доверять таким данным нельзя, потому что в течение пяти лет изменчивость большая. В течение тридцати лет эта изменчивость тоже существует, но она уже улавливается этим промежутком. Отмечу, что два года тому назад было принято решение осреднять среднемесячные значения за 30 лет, но по "скользящим" периодам, то есть не четким тридцатилетиям, а со сдвигом в каждые 10 лет.

Если раньше мы считали 1961-1990 годы, потом 1991-1920 годы и следующим периодом должен быть 1921-1950 годы. На текущее время следующая норма уже будет посчитана за 30-летний период с 2001-го года до 2030-й, потом с 2011-го по 2040-й и так далее, каждый шаг в 10 лет считывается за тридцатилетие.

— Влияют ли западные санкции на гидрометеорологическую отрасль РФ?

— У Росгидромета было очень много договорных соглашений с национальными службами европейских стран, с Соединенными Штатами, и, конечно, это приносило обоюдную пользу. Сейчас эти связи нарушены, но мы все равно развиваемся, обмен информацией происходит. Безусловно, плохо то, что научные контакты нарушены. Кроме того, существует Всемирная метеорологическая организация, где работают экспертные группы, и там участие наших специалистов очень заметно, здесь не существует санкций.

— Как вы считаете, с учетом тенденций глобального потепления, может ли Россия в перспективе остаться без зимы в классическом понимании? 

— Конечно, период зимнего времени сократится, но зима останется. По крайней мере, до конца нынешнего века зима будет.

— Учитывая текущую теплую погоду, возможны ли эпизоды сильного понижения температуры и снега в конце марта или апреле на территории европейской части России? 

— Нужно помнить о том, что мы живем в умеренных широтах, где балом правят циклоны и антициклоны, и погода изменчива. Не существует такого дня и такого часа, когда можно было бы сказать, что началась настоящая весна или настоящее лето. Весна начинается, приходит тепло, затем снова похолодание, потому что в разных частях циклона и антициклона, которые проходят через европейскую территорию России — разные погодные условия.

Конечно же будут и эпизоды сильного понижения температуры, и в конце марта, и в апреле обязательно. Примерно в 1-2 случаях из десяти в апреле не бывает снега, другое дело, что не прогнозируется устойчивый снежный покров, потому что снег уже сошел. Но временный вполне возможен. И в мае бывает снежок, особенно в начале, но снежный покров не формируется. Кстати, даже заморозки возможны в Москве во второй декаде июня. 

В очередной раз хочу напомнить, в период потепления климата увеличивается изменчивость погодных характеристик. Это означает, что теплых эпизодов становится больше, они более вероятны, но и холодные эпизоды встречаются чаще, чем раньше. То есть "средняя" погода встречается реже: либо очень экстремально теплая, либо экстремально холодная. Поэтому будут и сильные понижения температуры, и снежок прогнозируется в центре европейской России.

— А может ли нынешний март в Москве из-за периодов аномально теплой погоды занять место в ранге самых теплых?

— Может, однако его место станет возможным определить к концу марта. Рекордно теплый март был отмечен в 2007 году и тогда средняя месячная температура достигла плюс 4,4 °С тепла.

— Министерство экологии и природопользования Московской области сообщило о том, что в марте и апреле в регионе ожидается большая вероятность превышения среднемноголетних значений пожарной опасности, действительно ли возможна такая ситуация?

— Пожароопасный сезон там стартовал не по погодным характеристикам, а по данным служб административного реагирования. Раньше сезон начинался на европейской территории России с 1 мая и заканчивался 30 сентября. В связи с потеплением климата ситуация с природными пожарами существенно ухудшилась. Однако в марте условий для природных пожаров нет. Солнце, какое бы оно не было жаркое, оно не в состоянии сейчас поджечь ни траву, ни дерево. Но природа сейчас такова, что она будет способствовать антропогенному воздействию. Именно по этим причинам в Московской области было объявлено начало пожароопасного сезона. Если бы лежал снег, то его начало сдвинулось бы на начало апреля. 

— Прошлое лето в Москве оказалось дождливым, по крайней мере июнь, вы называли "тропическим", возможно ли повторение такой ситуации в этом году? И отдельно хотелось бы узнать, вернутся ли этим летом "египетские ночи" в центр европейской части России?

— Долгосрочный прогноз погоды принципиально не может быть таким уверенным, как прогноз на более краткие сроки. В прошлом июне в Москве выпало невиданное, рекордное количество осадков не только для июня, а вообще для любого месяца. Может ли это повториться? Дело в том, что рекорды не могут фиксироваться ежегодно, но климатологи, отмечают, что очень редкие события стали встречаться чаще. Поэтому повторения в явном виде не будет, рекордно дождливого июня ждать сложно.

А насчет "египетских ночей", (с экстремально теплыми значениями, сильно превышающими климатические характеристики ночной температуры в летний период — прим. ТАСС) да, они прогнозируются. Летом все чаще и чаще встречаются температуры, которые раньше были невиданными для нашей территории.