Как работают приложения с прогнозами погоды

В App Store и Google Play можно найти десятки различных приложений с прогнозом погоды. Создатели каждого из них обещают пользователям самую точную и достоверную информацию. Однако, как и в случае с традиционными прогнозами в газетах или по телевизору, мобильные предсказания часто оказываются ошибочными.

TJ разобрался, откуда погодные приложения берут свои данные, чем друг от друга отличаются и почему время от времени «врут».

Служба наблюдаталей

Когда речь заходит о прогнозе погоды, легко впасть в заблуждение, что предсказать температуру, солнце или дождь довольно просто. В конце концов, метеостанции придумали не вчера, а метеорологические наблюдения ведутся уже сотни лет (в России — с XVIII века). Сообщить о погоде прямо сейчас в теории ещё проще. Тем не менее, пожалуй, каждый хоть раз сталкивался с ситуацией, когда в прогнозе тепло, ясно и солнечно, а за окном всё с точностью до наоборот.

Существует действительно множество способов с помощью смартфона узнать, нужно ли брать с собой зонт и стоит ли одеться потеплее: от бесплатных погодных приложений с минималистичным дизайном до платных сервисов с интерфейсом, максимально приближенным к профессиональному. На деле за теми и другими в большинстве случаев стоят несколько основных поставщиков информации, появившихся задолго до мобильных телефонов.

Для приложений, созданных и ориентированных на США, таким первоисточником обычно выступает Национальная метеорологическая служба (National Weather Service, NWS). За 145 лет своего существования правительственное агентство создало сеть из более чем ста региональных центров и нескольких тысяч станций, отслеживающих погодные изменения на всей территории страны.

Собираемые организацией сведения аккумулируются в базы данных по температуре, облачности, влажности, вероятности выпадения осадков и другим параметрам. Затем с помощью компьютерных алгоритмов на их основе формируется прогноз для той или иной местности. Прогноз обновляется каждые три часа. Информация NWS считается общественной и доступна по запросу, поэтому сделать собственный погодный сервис на её основе может каждый.

В то же время у данных, предоставляемых службой, есть сразу несколько недостатков. Их географическая погрешность может составлять до пяти километров, а большая часть метеостанций находится в отдалении от городских центров — в аэропортах и на военных базах. Поэтому крупные сервисы вроде Google Now и Yahoo Weather пользуются услугами компаний, предоставляющих так называемый гибридный или смешанный прогноз погоды — составленный не только по материалам NWS, но и на основе собственных технологий и алгоритмов.

Погодное подполье

Приложение Google Now работает на базе сервиса Weather Underground (WU). Созданная компанией сеть BestForecast состоит из 37 тысяч автоматических и персональных метеорологических станций и позволяет обновлять прогнозы каждые 15 минут, выдавая отдельные предсказания на каждый час суток. По точности система превосходит сведения NWS в среднем на 35 процентов. За пределами США сотрудники WU собирают данные с 29 тысяч станций. Из них шесть тысяч являются автоматическими и находятся в аэропортах.

Yahoo Weather в качестве источника использует прогнозы портала Weather.com (The Weather Channel). Как и WU, портал комбинирует данные Национальной метеорологической службы США с собственной технологией — алгоритмом сбора и анализа погодных данных под названием TruPoint. Её основной плюс в большом количестве наблюдательных пунктов и станций, расположенных как в воздухе (метеорологические воздушные шары), так и на земле (от крыш зданий до наземных приборов для замера температуры, влажности и ветра).

Получая первоначальный прогноз от NWS, сервис затем уточняет его с помощью собственных алгоритмов, данных со спутников и так называемой локализации, то есть доработки прогноза с учётом конкретных географических и микроклиматических особенностей региона, для которого он даётся. Высокая точность предсказаний The Weather Channel, к примеру, помогла сервису заслужить доверие компании Apple: прогнозы компании по умолчанию отображаются в центре уведомлений операционной системы iOS.

Российский подход

В России главным источником информации о погоде являются данные Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет). Как и в его американском аналоге, здесь за составление прогнозов давно отвечают не люди, а автоматические станции и суперкомпьютеры, анализирующие собираемые с них данные.

С 1995 года основным компьютером Росгидромета была машина под названием Cray, купленная в США и до начала 2000-х работавшая практически без сбоев. Затем метеорологи перешли на новую систему — SGI Altix производительностью 27 терафлопс.

В 2011 году ведомство презентовало новый вычислительный комплекс, основанный на суперкомпьютерах компании «РСК» — 96 узлах с двумя процессорами Intel Xeon 5680 в каждом общей производительностью 15 терафлопс. Необходимость в дополнительных мощностях тогда объяснили в том числе задачей понизить географическую погрешность прогнозов с 5-7 километров до двух из-за приближающейся зимней олимпиады в Сочи (в районе Красной поляны, где должны были проходить соревнования, «сетку» прогноза собирались делать с точностью до 600 метров).

Неизбежность ошибки

На вычислениях Росгидромета основаны погодного сервиса «Гисметео» (доступен как в виде веб-версии, так и в виде мобильных приложений). Метеорологические данные «Гисметео» обновляются каждые четыре часа и доступны как в виде почасовых или суточных предсказаний, так с охватом на 3-5 дней, неделю или месяц.

По информации на официальном сайте сервиса, прогноз действительно может часто оказываться неточным сразу по нескольким причинам. Например, при резкой смене погоды при прохождении атмосферного фронта или вследствие трудностей при определении границы снежного покрова в зимнее и весеннее время. Из-за того, что большая часть пользователей сверяется с прогнозом один раз в день (утром, перед выходом из дома) и не видит дальнейших его корректировок, это может создавать впечатление, что метеорологи «обманывают».

При этом самые серьёзные ошибки (когда неверными оказываются показания о погоде на улице в настоящее время) представители «Гисметео» объясняют «ошибками в процессе кодирования и передачи данных» из Гидромета. Систематически «врать» сервис также может при наличии в конкретном городе микроклиматических особенностей, которые глобальные модели атмосферы учесть попросту не в состоянии.

Исправить это «Гисметео» не может, так как специализируется на выдаче автоматических прогнозов — своих наблюдателей в городах у проекта нет, а «живые синоптики» перед публикацией данные не проверяют. В Weather Underground и The Weather Channel для этой цели держат более ста профессиональных метеорологов.

Погодные мобильные приложения «Яндекса» работают на данных финской компании Foreca. Их же используют, например, в сервисах Microsoft. Более высокая точность предсказаний здесь достигается за счёт интеграции в базы данных по погоде информации со спутников и дождевых радаров. В настоящее время прогнозы Forecа охватывают более 194 стран мира и около 8,5 тысячи городов.

Эксперимент, проведённый в 2013 году интернет-изданием The Village, показал: средняя погрешность показаний «Яндекса» и «Гисметео» практически не отличается (чуть более 2,3 градуса), однако максимальная погрешность прогнозов в поисковике ниже (5,9 градуса у Foreca против 7,0 градусов у «Гисметео»).

Так брать зонт или нет,
Виктор Степанов,
TJ