Данный образовательный курс создан для того, чтобы указать на необходимость учета гидрометеорологической и климатической информации при планировании хозяйственной деятельности, расходов на обеспечение нормального функционирования различных отраслей городского хозяйства, обеспечения жизнедеятельности промышленных объектов различного назначения, проведения необходимых мероприятий для поддержания комфортных условий жизни человека.
В последние десятилетия наблюдается возрастающая зависимость экономического развития общества от метеорологических и гидрометеорологических условий. Человечество постоянно сталкивается с угрозой стихийных бедствий, растет риск угрозы успешному функционированию общественного производства и социальной сферы. Хотя сами по себе стихийные бедствия не могут быть предотвращены, их последствия возможно свести к минимуму путем перспективного планирования и подготовки к применению чрезвычайных мер. Метеорология играет ведущую роль в прогнозировании опасных явлений погоды, способствуя тем самым управлению в чрезвычайных ситуациях и смягчению их последствий. События последних лет в России и за рубежом наглядно показывают какой масштабный ущерб причиняют опасные погодные явления экономике и жизни людей. С каждым годом все больше стран и международных организаций занимаются анализом и уточнением последствий, которые несут погодные явления для хозяйственной деятельности людей. В связи с этим актуальность проблемы учета влияния неблагоприятных и опасных явлений на экономические потери отдельных отраслей народного хозяйства и региона в целом не вызывает сомнения.
Метеорологические и гидрометеорологические условия любого региона входят в число основных природных факторов, определяющих хозяйственную деятельность на данной территории. Эффективное планирование и управление отраслями городского хозяйства требует учета большого числа экономических, социальных, природных и других показателей.
В метеорологии ведется специальное направления, которое связано с экономикой и бизнесом и носит название Экономическая метеорология, которая формирует современное представление об использовании и реализации метеорологической информации в экономике страны, так как развитие современного производства может быть успешным при всестороннем и оптимальном использовании метеорологической информации.
При этом особое место отводится прогнозам погоды. Снижение потерь при их использовании и отражает экономическую полезность, которую получает потребитель от использования прогнозов.
Основной задачей является изучение специфики метеорологического обеспечения отраслей городского хозяйства и социальной сферы, и оценка его экономической полезности.
Ущерб в мире от опасных явлений погоды составляет около 50-60 млрд. в год. А по последним данным даже превосходит 100 млрд. долларов. За 25 лет число пострадавших порядка 130 млн. человек в год. Только в России в среднем в год возникает 100-150 опасных климат погодных явлений.
На рисунке 1 представлено распределение потерь от опасных гидрометеорологических явлений между различными секторами экономики (% общих потерь для всех секторов).
Рисунок 1 – Распределение ущерба по отраслям экономики от опасных и неблагоприятных гидрометеорологических условий
В связи с этим возникла необходимость создания в разных странах государственных и международных органов и служб, которые бы занимались вопросами анализа и прогноза динамики окружающей среды. Пример. Служба цунами, служба тайфуна и служба погоды. В глобальном масштабе бюджет национальных служб составляет примерно 4 млрд. долларов, а выгода, которую приносит эта служба, колеблется в пределах 20-40 млрд. долларов.
Качество метеорологического обеспечения отраслей возможно в том случае, если прогнозисты достаточно полно изучили особенности работы потребителя, степень влияния тех или иных погодных условий на деятельность этих организация. Часто потребителю необходима только та информация, которая непосредственно оказывает влияние на выполнение тех или иных производственных операций. С другой стороны, потребитель должен отводить метеорологическую информацию, как природному ресурсу столь же важную роль, как и другим вещественным компонентам современного производства.
В настоящее время метеорологическая информация приобретает значимость универсального природного ресурса, поскольку она входит в число основных расчетных параметров при выборе оптимальных производств плана проекта сооружений, маршрута движения и иных городских хозяйственных мероприятий.
Гидрометеорологическая информация представляет собой природные ресурсы особого рода, поскольку она описывает состояние гидрометеорологической среды как необходимого и общепринятого фактора развития экономики.
Гидрометслужба не участвует сама в создании материального производства, но участвует в сохранении материальных ценностей. Сами по себе метеорологические сведения: будь-то режимный материал, справки или оперативные прогнозы, любые рекомендации, непосредственного влияния на экономику не оказывают. Они приобретают практическую значимость в процессе их целенаправленного использования при принятии городских хозяйственных решений. Поэтому реальный экономический эффект, получаемый потребителем от гидрометеорологической информации зависит не только от ее качества, полноты, достоверности и заблаговременности, но и от того как эта информация используется при управлении производством.
Практически нет такой отрасли экономики, которая бы прямо или косвенно, постоянно или временно не испытывала бы на себе влияния метеоусловий.
Прямое влияние метеоусловий проявляется тогда, когда выполнение производств или городских хозяйственных работ непосредственно зависит от метеоусловий. В связи с чем, эти отрасли требуют сведения, как о текущих, так и о прогнозируемых гидрометеорологических условиях.
Косвенное влияние метеоусловий – это когда производственный процесс ставится в зависимость не прямо, а зависит от побочных операций, непосредственно зависящих от погоды. Например, когда работа в цеху не зависит от погоды, но при этом транспортировка сырья, обеспечение энергоснабжения зависит от погоды.
Требования к метеорологической информации непрерывно растут, повышаются требования к точности, к оправдываемости прогнозов. Возникает потребность в информации о новых элементах. Например, информация об изменениях состояния среды, вызванных антропогенным воздействием, нарушение озонового слоя, загрязнение окружающей среды.
Метеорологические данные широко используются для перспективного планирования в промышленном и жилищном строительстве. Цель – построить объект более долговечный и менее зависящий от погодных условий.
Основной задачей метеорологии был и остается прогноз погоды и его использование разными отраслями городского хозяйства. Качество прогноза погоды зависит от совершенствования теории, положенной в основе метода прогноза. Для практической реализации метода нужна организация и функционирование целого ряда систем, которые и составляют службу погоды. Такими системами являются:
Метеорологическая информация представляет количественные характеристики среды, в которой происходит вся производственная деятельность человека. Поэтому требования к этой информации многообразны и не могут быть едины для разных отраслей.
Цели использования метеорологической информации:
В силу особенностей своей технологии различные области предъявляют разные требования метеорологической информации. По предъявляемым требованиям все отрасли могут быть сгруппированы:
Вся хозяйственная практика в любой стране – это, прежде всего, огромное число постоянно принимаемых решений, направленных на реализацию главной цели – достижение производственного и коммерческого успеха. Хозяйственные решения во всем своем многообразии выделяются по иерархическому уровню (отрасль, объединение, производство и т. п.), по продолжительности осуществления (на сутки, т. е. ежедневно, на месяц и т. п.), по степени значимости (в зависимости от уровня финансирования и других условий), по характеру действий, отвечающих содержанию решения, и по другим признакам. Любые решения, направленные на выполнение хозяйственной задачи, предполагают привлечение к делу финансовых средств, материальных ценностей, информации и иных ресурсов. Руководитель, менеджер прослеживает результаты принимаемых решений. Они могут быть более или менее удачными или вовсе ошибочными. Последствия решений связаны с тем, какое влияние или воздействие, или противодействие на них может оказывать другая „сторона”, с которой так или иначе связана реализация ресурсов и других производственных операций. Под другой стороной будем понимать погодно-климатические факторы.
В метеоролого-экономических задачах используется та экономическая информация, с которой потребителю приходится иметь дело в конкретных условиях производства. Это могут быть расходы, предусмотренные планом, или доходы от реализации той или иной продукции. В хозяйственной практике возможны и прямые потери как следствие воздействия внешних условий. Во всех странах все виды производства в той или иной мере испытывают зависимость от изменений, колебаний и текущих состояний природы. Функционирование объектов производства, коммерческих структур и иных государственных и частных предприятий осуществляется по этой причине в системе природа–население–экономика. Отличительной чертой современной экономики является ее избирательная зависимость от гидрометеорологических условий, особенно, погодных.
Отсюда выстраивается иная система взаимоотношения природы и общества, а именно система погода (климат)-прогноз-потребитель. В рамках этой системы рассматривается сложный комплекс взаимосвязей погоды и климата с обществом. Система, как видим, содержит три подсистемы.
Подсистема погода – постоянное слежение за условиями погоды: визуальное и инструментальное наблюдение за состоянием атмосферы на суше и над водной поверхностью. Подсистема „погода (климат)” содержит не только погодный, но и климатический фактор.
Подсистема прогноз – предусматривается анализ и прогноз благоприятных или неблагоприятных состояний атмосферы, в основном поиск и обнаружение опасных и неблагоприятных гидрометеорологических явлений. В нее включается вся прогностическая продукция.
Подсистема потребитель – все отрасли экономики и их многочисленные составляющие используют прогностическую информацию, как постоянно возобновляемый природный ресурс в хозяйственной практике.
Система погода (климат)-прогноз-потребитель (ППП) – это сложный преимущественно затратный общественно-природный механизм с постоянным однонаправленным влиянием погодно-климатических условий. Вековые экологические изменения климата в данном случае в расчет не принимаются. Это особая проблема.
Система ППП – один из важных экономических механизмов развития общества, что подтверждается возрастающим в последние десятилетия разрушительным воздействием на общество чрезвычайно опасных стихийных явлений, которые во многих странах вызвали экономические, психологические и социальные потрясения.
Прогнозы и предупреждения об ОЯ и НГЯ рассматриваются не просто как вид услуг, а как неординарная научно-производственная информация, обязательная для использования во всех видах деятельности в масштабе государства. Особая роль в системе ППП отводится обеспечению безопасности хозяйственной деятельности и населения страны. Жизнеобеспечение – вот центральное звено в системе ППП, где весь хозяйственный механизм общества существует под постоянным „надзором” второго вечного „игрока” – погоды и климата. Характерной чертой экономической информации в этих условиях является ее природно-хозяйственная специфика. Вид издержек или выгод определяется зависимостью от погоды и климата.
Экономическими показателями, определяющими целевое использование метеорологической информации, являются:
Убытки (потери) по метеорологическим причинам – это любые материальные потери или финансовые затраты, связанные с неблагоприятными условиями погоды или неумелым использованием благоприятной погоды. Убытки классифицируются на:
Величина реальных убытков зависит от интенсивности погодных явлений, чувствительность потребителя к неблагоприятной погоде, масштабов объекта и его стоимости, заблаговременности предупреждений и оправдываемости прогнозов.
Предотвращение убытков по метеорологическим причинам требует предварительных затрат.
Потребитель получает прогностическую информацию ежедневно, а в случае угрозы опасных явлений – предупреждения о них. Все затраты на прогностическую информацию предусматривает предотвращение или снижение потерь по метеорологическим причинам. Это значит потребитель, получая штормовое предупреждение об опасном метеорологическом явлении (ОЯ), принимает необходимые производственные решения, включающие и защитные меры. В качестве защитных мер выступают определенные заградительные сооружения, прекращение отдельных видов работ, защита сельскохозяйственные угодий от градобития и т.д.
Если потребитель не пользуется метеорологической информацией или ею пренебрегает, то он несет наибольшие потери вследствие не учета погоды. Использование прогнозов позволяет ему избежать непредвиденных потерь, хотя в реальных условиях потребитель несет потери как по вине прогнозиста, допускающие ошибки пропуска или ошибки страховки, так и по собственной вине при недостаточной организации защитных мер.
Служба погоды и конкретные потребители прогнозов (с/х, транспорт и т.д.) образуют научно-производственную систему потоков информации. С одной стороны это оперативная прогностическая информация, с другой стороны экономическая характеристика конкретного потребителя, выраженная в виде затрат на защитные меры и прямые потери по погодным условиям.
Потребитель обобщает результаты, использования прогнозов и выдает информацию об их экономической полезности. В зависимости от производственной специфики определяется некоторый оптимальный состав метеорологической информации для данной отрасли. Все многообразие потребителей можно разделить на 3 класса, в зависимости от производственного эффекта, полученного при использовании прогнозов:
Потребитель постоянно ощущает возрастающую ценность прогнозов, но часто дело ограничивается лишь пониманием этого, поскольку существует толкование о малозначимости метеорологической информации в производстве. Кроме того, иногда, проскальзывает мысль о всепогодности некоторых видов производства, в частности транспорта.
Своевременное и профессиональное использование погодно-климатических данных в управлении городским хозяйством позволяет значительно повысить экономическую эффективность принимаемых решений в погодозависимых отраслях экономики города. Издержки потребителя описываются через функцию потерь следующего вида:
(1)
где s – потери в результате того, что потребитель принял решение d ориентироваться на определенную погоду (по своему усмотрению или исходя из текста прогноза), а фактически наблюдались погодные условия Ф.
В настоящее время в практических целях широко используется матричная форма представления функции потерь – матрица потерь. Поскольку матрица потерь есть отражение использования прогностической информации, которая может быть представлена в виде матрицы сопряженности, запишем альтернативную матрицу потерь как отражение использования альтернативного прогноза при кардинальных мерах защиты (таблица 1).
Таблица 1 – Альтернативная матрица потерь при кардинальных мерах защиты
Фактически наблюдалось,  |
Потребитель принимает решение dj , ориентируясь на прогноз,  |
|
|
d 1 ( принимаются меры защиты согласно тексту прогноза |
d 2 ( ) работа выполняется согласно тексту прогноза |
|
 |
s11 | s12 |
 |
s21 | s22 |
В реальных условиях потребитель не располагает кардинальными мерами защиты (его меры защиты носят частичный характер), поэтому матрица потерь приобретает вид:
Элементы матрицы потерь в формуле (2) представляют собой следующее:
– стоимость мер защиты (в рублях) в ситуации, когда явление прогнозировалось (П) и наблюдалось (Ф);
– стоимость мер защиты в случае, если явление или неблагоприятное условие погоды прогнозировалось (П), но не осуществилось ( ) – издержки потребителя в виде затрат на напрасно принятые меры;
– прямые потери (убыток, ущерб), вызванные опасным явлением или неблагоприятным условиям погоды, которое было синоптиком не предусмотрено, пропущено – ситуация ( 
);
– явление не прогнозировалось ( ) и не наблюдалось ( );
L – непредотвращенные (остаточные) потери, связанные с реальными возможностями потребителя противостоять стихии; здесь – коэффициент непредотвращенных потерь.
Максимально возможные потери
– это прямые убытки потребителя, которые он несет в случае наступления неблагоприятных условий погоды и отсутствия защитных мер. Размер максимально возможных потерь при данной интенсивности гидрометеорологического явления может быть принят квазипостоянным для каждого потребителя. Величина L характеризует степень погодозависимости данного вида деятельности в условиях, открытых гидрометеорологической среде.
Применение защитных мероприятий позволяет потребителю снижать на некоторую величину, хотя и не всегда успешно, максимально возможные потери. Величина предотвращенных Lпр потерь зависит от технологии применения защитных мер. Технология защитных мероприятий включает информационное, организационное, профессиональное, техническое и финансовое обеспечение. Отсюда следует, что снижение потерь определяется не только стоимостью защитных мер C , но и эффективностью защитных технологий (1 - ). Предотвращенные потери Lпр – часть максимально возможных потерь, которую потребитель может избежать, применяя защитные меры.
Потребитель несет потери R в следующих случаях:
(успешный прогноз наличия явления): потери (издержки) потребителя включают в себя стоимость защитных мероприятий C и остаточные потери L как следствие несовершенства применяемых мер защиты: 
(ошибочный прогноз наличия явления): потребитель несет издержки в размере стоимости напрасно принятых защитных мер: 
(ошибочный прогноз отсутствия явления): потребитель несет максимально возможные потери Lмакс. Потери связаны с пропуском опасного явления – потребитель не получил соответствующего прогноза или предупреждения: 
При реализации фазы неблагоприятной погоды реальные потери потребителя зависят не только от специфики производства, но и от особенностей защитных мероприятий, которые в реальных условиях не всегда обеспечивают минимизацию издержек.
Для описания зависимости потребителя от гидрометеорологической среды будем использовать некоторые соотношения, являющиеся параметрическими характеристиками влияния погодных условий (ВПУ).
Рассмотрим следующие показатели (параметры) ВПУ и дадим им соответствующую характеристику:
1) отношение затрат на предупредительные меры к убыткам, которые полностью предотвращаются (томпсоновская характеристика потребителя). Здесь потребитель использует кардинальные меры защиты (=0).
Показатель A позволяет установить, сколько необходимо затратить средств на защитные мероприятия C, чтобы полностью предотвратить возможные максимальные потери L. Принимая L = const , полагаем, что чем меньше средств расходуется на защитные мероприятия, тем более эффективно потребитель приспосабливается к неблагоприятным метеорологическим условиям, уменьшая воздействие метеорологической среды на производственный процесс. Величина A изменяется в пределах [0;1], при этом имеет смысл тратить на защиту средств C значительно меньше величины L (C << L). Такая интерпретация показателя A предполагает, что потребитель обладает кардинальными мерами защиты, т.е. такой технологией защиты, которая позволяет полностью избежать потерь при неблагоприятной погоде.
Отношение C/L отражает желательные для потребителя условия, но не всегда достижимые. В этом смысле они являются возможными. В реальных условиях потребитель не располагает кардинальными мерами защиты, поэтому отношение C/L используется как производственная характеристика потребителя, зависимого от метеорологических условий (наряду с ), и показывает, какую часть составляет стоимость защитных мер относительно максимально возможных потерь. В реальной хозяйственной практике величина , как правило, не равна нулю, а значит, потребитель всегда несет определенную долю потерь от максимально возможных, т.е. L (2). Это говорит о том, что меры защиты лишь частично устраняют потери по метеорологическим причинам. Применяемые в настоящее время меры защиты рассматриваются как частичные;
2) отношение затрат на предупредительные меры к предотвращенным потерям
Показатель B характеризует поведение потребителя при частичных мерах защиты и определяет, какую часть составляют затраты на защитные мероприятия относительно предотвращенных потерь.
При экономико-метеорологическом анализе производственной деятельности необходимо учитывать случаи, когда потребитель принимал меры защиты, но предотвращенных потерь при этом не было. Это соответствует использованию в хозяйственной практике прогнозов, содержащих ошибки-перестраховки (явление прогнозировалось, но не наблюдалось). Далее будем рассматривать интегральную характеристику показателя B*, отражающую влияние погодных условий с учетом прогностической информации, поступающей к потребителю от поставщика (прогностического подразделения). Интегральное выражение показателя B*, представленного выше в виде (7), запишем следующим образом:
Формула (8) содержит общее число случаев применения защитных мер (n01) стоимостью C, а также число случаев (n11), в которых защитные мероприятия приводили к снижению потерь по метеорологическим причинам.
Интегральная характеристика показателя B* учитывает комплексное взаимодействие системы «погода – прогноз – потребитель».
Для оценки экономического эффекта и экономической эффективности в соответствии с работами Л.А. Хандожко надо установить средние байесовские потери при использовании методических 
и инерционных 
прогнозов. Экономический эффект, получаемый потребителем от использования методических прогнозов, рассчитывается по формуле:
где β – коэффициент долевого участия системы гидрометслужбы в получении экономического эффекта;
N – общее число прогнозов для данного потребителя за выбранный период времени;
и – средние потери при использовании, соответственно, инерционных и методических прогнозов;
– стоимость единицы прогностической информации – затраты на разработку прогноза В целях сравнительной оценки экономической полезности определяется экономическая эффективность, которая при P >1 отражает успешность деятельности:
Технологии «Умного города» ориентированы на предоставление информационных услуг горожанам и гостям города с помощью современных информационных технологий для повышения качества жизни. В качестве примера можно привести:
Важной особенностью является широкое использование технологии «Интернета вещей», которая предполагает построение информационных систем путем объединения различных технических устройств через компьютерную сеть Интернет. При таком подходе часть устройств выполняет роль датчиков, измеряя параметры окружающей среды, условия в домах, освещенность улиц, число свободных парковочных мест, плотность транспортных потоков, параметры работы автомобилей и т. д. А другая часть устройств является исполнительными элементами, в виде информационных табло, уличных фонарей, светофоров, шлагбаумов, смартфонов, планшетов и т.д.
)