Гидродинамический прогноз полей приземной температуры воздуха и обложных осадков по усовершенствованной региональной 30-уровенной модели в сигма-системе координат с шагом 75 км (автор В. М. Лосев)



Скачать 101.9 Kb.
Дата20.10.2012
Размер101.9 Kb.
ТипДокументы
В.М.Лосев, Г.С.Булдовский, А.Н.Багров

Гидродинамический прогноз полей приземной температуры воздуха

и обложных осадков по усовершенствованной региональной 30-уровенной модели в сигма-системе координат с шагом 75 км (автор В.М.Лосев)

и результаты оперативных испытаний в холодное полугодие
В Гидрометцентре России разработана и внедрена в оперативную практику (решение ЦМКП от 11 мая 2004 г.) в качестве основной технология выпуска регионального гидродинамического прогноза полей давления на уровне моря, геопотенциала изобарических поверхностей до 100 гПа, температуры воздуха и ветра в тропосфере на сроки до 48 ч по регионам Европа и Азия на основе усовершенствованной 30-уровенной неадиабатической модели в сигма-системе координат с горизонтальным разрешением 75 км. Технология регионального прогноза предусматривает также прогноз приземной температуры воздуха и осадков. Территория прогноза включает всю территорию России.

Прогноз рассчитывается путем интегрирования по времени уравнений гидро- термодинамики. Начальные поля геопотенциала, ветра, влажности задаются на стандартных изобарических уровнях 10, 30, 50, 70, 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 700, 850, 925, 1000 гПа. Расчет по модели ведется на - уровнях, на которые интерполируются исходные данные. По окончании расчета прогноза производится обратный переход к изобарическим уровням. Модель учитывает рельеф местности, фазовые переходы влаги, радиационные потоки, взаимодействие с подстилающей поверхностью.

На основе рассчитанных полей метеоэлементов с помощью физико-статистической модели конвекции (автор А.А. Алексеева) определяются элементы погоды (приземные ветер и температура непосредственно в модели), а также опасные метеорологические явления (сильный ветер, сильные осадки и др.). В комплексе с моделью конвекции региональная модель хорошо себя проявила при оперативном прогнозе осадков на Северном Кавказе в июне-июле 2002 г. и позволила гидрологам предсказать несколько сильных, быстро развивающихся паводков.

Оперативная версия региональной модели реализована на четырехпроцессорной ЭВМ Xeon 4, все прогностические поля записываются в базу данных «Прогноз» Гидрометцентра России и доступны для использования потребителями.

Кроме оперативного варианта модели, имеются варианты, приспособленные для РС разной мощности. Размер сетки, ее ориентация, шаг по горизонтали и количество - уровней по вертикали задаются в зависимости от цели задачи и от быстродействия ЭВМ. Модель можно настроить на регионы меньшей площади, но с повышенным пространственным разрешением (до 20 км).

Проведена адаптация региональной модели к территории Дальнего Востока и создана оперативная технология краткосрочного прогноза погоды для этого региона.
Вариант модели регионального прогноза Гидрометцентра России настроен на территорию Республики Беларусь и внедрен в оперативную практику Гидрометцентра Беларуси. Прогноз осадков и приземного давления по региональной модели внедрен в Туркменистане.

Во всех вариантах модели осуществлена визуализация полей приземного давления и интенсивности осадков (изобары и изолинии количества осадков разной интенсивности на карте стереографической проекции). Карты обновляются через 1 ч прогноза. В результате предоставляется возможность прослеживать динамику перемещения барических образований и зон осадков. На рис. 1-4 приведены прогнозы осадков, рассчитанные по исходным данным за 00 ч ВСВ 10 ноября 2006 г. на 12, 24, 36 и 48 ч.

Расчет приземной температуры воздуха (То) с учетом суточного хода – одна из основных и наиболее сложных задач метеорологического прогнозирования. В настоящем варианте модели учитывается суточный ход за счет учета солнечной и длинноволновой радиации. Необходима дальнейшая детализация технологии расчета по зонам и более точная настройка уравнения баланса у подстилающей поверхности.

Особенностью модели регионального прогноза Гидрометцентра России является то, что все алгоритмы реализованы и запрограммированы непосредственно автором модели и в ней не применяется концепция внедрения в расчет блоков (радиационного или параметризации приземного подслоя и пограничного слоя атмосферы) из других зарубежных моделей.

В период испытаний 2003-2004 гг. была выявлена необходимость дополнительного усовершенствования отдельных блоков модели, описывающих процессы в пограничном слое атмосферы. В связи с этим оперативные испытания модели с целью определения качества прогнозов приземной температуры воздуха и осадков проводились в период с октября 2005 г. по апрель 2006 г. (для холодного сезона). Оценка успешности прогнозов приземной температуры воздуха и осадков, составляемых по исходным срокам 00 и 12 ч ВСВ заблаговременностью до 48 ч, выполнена по регионам Европа, Азия, Центральная Россия и Центральный федеральный округ. Оценки рассчитывались путем сравнения прогнозов с данными оперативного объективного анализа (ОА) Гидрометцентра России на сетке точек и с данными наблюдений на синоптических станциях. В период испытаний проведено сравнение успешности региональных прогнозов с оперативными прогнозами Гидрометцентра России, зарубежными гидродинамическими прогнозами UKMO (Великобритания), NCEP (США) и инерционными прогнозами.

Прогнозы температуры воздуха заблаговременностью до 48 ч, рассчитанные по исходным данным в сроки 00 и 12 ч ВСВ оценивались по следующим регионам: Европа (35 - 70о с.ш., 0 - 50о в.д.), Азия (40 - 75о с.ш., 50 - 135о в.д.). Кроме того, были оценены прогнозы температуры и осадков за исходный срок 00 ч ВСВ с той же заблаговременностью по Центральной России (50 - 61о с.ш., 27,7 - 45о в.д.) и Центральному федеральному округу (ЦФО). Для расчета оценок брались наблюдения на всех синоптических станциях, расположенных в регионе, данные которых прошли предварительный контроль в ходе выполнения задачи объективного анализа. Количество таких станций для Европы составляло примерно 1600 станций, для Азии - примерно 1000 станций, для Центральной России ~175 станций. Для территории ЦФО были взяты 18 областных центров, включая Москву. Прогностические значения метеорологических величин на станциях были получены путем билинейной интерполяции из точек регулярной сетки соответствующей модели. Затем они сравнивались с фактическими значениями метеорологических величин на станциях. Шаг сетки у спектральной модели T85L31 Гидрометцентра России и модели UKMO составляет 1,25о по широте и долготе, у модели NCEP – 1о по широте и долготе, у испытываемой региональной модели ~75 км.

Результаты оценки качества прогнозов приземной температуры воздуха
Оперативные испытания региональной модели в части прогнозирования приземной температуры воздуха в период с октября 2005 г. по апрель 2006 г. (То) показали в целом невысокую их успешность. Об этом свидетельствуют величины характеристик успешности прогнозов, рассчитанных по исходным срокам 00 и 12 ч ВСВ и представленных в табл. 1-4. В таблицах приведены величины следующих характеристик успешности прогнозов: коэффициенты корреляции тенденций (Rten), коэффициенты корреляции аномалий (Ranom), среднеквадратические (RMSE), абсолютные (ABS), средние (MEAN) и относительные (REL) ошибки прогнозов.

Из табл.1 видно, что средние абсолютные ошибки суточных прогнозов температуры воздуха, составленных по исходному сроку 00 ч ВСВ, изменялись от 2,4оС на территории Европы до 3,8оС на территории Азии. При этом относительные ошибки были близки к единице (0,99-0,96). С увеличением заблаговременности до 48 ч ошибки прогнозов в среднем находились в пределах от 3,1оС (Европа) до 4,9оС (Азия), относительные ошибки составили в среднем 0,95-0,93. Систематические ошибки прогнозов по исходному сроку 00 ч ВСВ по регионам Европа и Азия были небольшие.

Прогнозы, составленные по исходному сроку 12 ч ВСВ (табл. 3), имели абсолютные ошибки в среднем на 0,1оС меньше по сравнению с ошибками прогнозов по исходному сроку 00 ВСВ. Систематические ошибки этих прогнозов температуры воздуха по региону Европа были также небольшие, в то же время по региону Азия отрицательные систематические ошибки были значительные и в среднем превышали 1оС. Относительные ошибки прогнозов для заблаговременностей 24 и 48 ч были близки или превышали единицу, что указывает на отсутствие преимущества перед инерционными прогнозами.

Расчет оценок по станциям показал некоторое увеличение абсолютных ошибок региональных прогнозов (в среднем на 0,5оС) по сравнению с оценками, полученными в сравнении с данными ОА.

По регионам Европа и Азия при сравнении с данными ОА региональные прогнозы на 24 ч по большинству характеристик успешности имели незначительное преимущество над прогнозами спектральной модели Т85L31, а на 48 ч уступали успешности прогнозов модели Т85L31 и заметно уступали успешности прогнозов UKMO. Анализ успешности прогнозов температуры по регионам Евразии по временному ряду в период испытаний показал, что максимальные величины ошибок наблюдались в январе-феврале и минимальные - в октябре, ноябре и апреле. Абсолютные ошибки прогнозов в зимние месяцы увеличивались по сравнению с переходными сезонами на 1-2оС.

Проведенные расчеты оценок по Москве и Московской области (табл. 5, 6) в целом подтверждают выводы, полученные для регионов Европа и Азия. Ошибки прогнозов температуры по региональной модели превышали ошибки других методов при всех заблаговременностях от 12 до 48 ч, в том числе и ошибки прогнозов по глобальной модели атмосферы Т85L31. Абсолютные ошибки региональных прогнозов температуры воздуха по Москве Московской области изменялись от 2,8оС на 12 ч до 3,9-4,2оС на 48 ч, а относительные ошибки в большинстве случаев были больше единицы. Наименьшие абсолютные ошибки прогнозов приземной температуры воздуха по Москве и Московской области зарегистрированы у локальной гидродинамической модели Гидрометцентра России (автор Д.Я.Прессман): от 1,8оС на 12 ч до 2,3оС на 36 ч. Успешность этих прогнозов весьма близка к успешности прогнозов зарубежных моделей UKMO и NCEP.

Результаты оценки качества прогнозов осадков в холодное время года
При проведении оперативных испытаний модели в части прогнозирования осадков оценивались прогнозы осадков заблаговременностью 12, 24 и 36 ч на территории регионов Центральная Россия и ЦФО.

Для определения качества прогнозов осадков по факту их наличия или отсутствия были рассчитаны следующие характеристики успешности: общая оправдываемость прогнозов осадков (U), оправдываемость прогнозов наличия осадков (Uос), оправдываемость прогнозов отсутствия осадков (Uб/ос), предупрежденность случаев с осадками (Рос) и предупрежденность случаев отсутствия осадков (Рб/ос), критерий качества Пирси-Обухова (Т).

Для оценки успешности прогноза количества осадков рассчитывались средние (MEAN), абсолютные (ABS) и среднеквадратические (RMSE) ошибки прогнозов.

Анализ характеристик успешности прогнозов осадков по регионам Центральная Россия и ЦФО (табл. 7) показал, что испытываемая модель в целом успешно прогнозирует факт наличия и отсутствия осадков. Общая оправдываемость прогноза факта осадков находится в пределах 75-72%. Она превышеет оправдываемость прогнозов осадков по глобальной модели Т85L31 и превышает, либо близка к оправдываемости зарубежных прогнозов осадков по моделям UKMO и NCEP. При наличии высокой предупрежденности (85-98%) отсутствия осадков модель имеет невысокий процент предупрежденности факта наличия осадков (44-58%). Хотя оправдываемость прогнозов факта выпадения осадков достаточно высокая и составляет 95-74%, а их отсутствия - около 70%. Критерий качества Пирси-Обухова, характеризующий успешность альтернативного прогноза в целом, равен 0,42-0,45. Его величина, превышающая 0,3, свидетельствует о практической значимости прогнозов.

Анализ показателей успешности прогнозов количества осадков показал, что средние абсолютные ошибки прогнозов количества осадков составили 1,4-2,1 мм/12 ч при всех рассматриваемых заблаговременностях прогнозов, а среднеквадратические ошибки – от 2,9 до 4,4 мм/12 ч. Указанные абсолютные ошибки региональных прогнозов превышали аналогичные ошибки прогнозов осадков по спектральной модели Т85L31 на 0,1 - 0,5 мм/12 ч и ошибки зарубежных сравниваемых моделей на 0,3 -0,6 мм/12 ч в прогнозах на текущий день и на 1 мм/12 ч в суточных прогнозах и прогнозах на следующий день. Систематические ошибки прогнозов количества осадков на текущий день составили около минус 0,7 мм/12ч, а у прогнозов на 24 и 36 ч ошибки были с положительным знаком и изменялись от 0,8 до 1,0 мм за 12 ч.

Оценка успешности прогнозов осадков по Москве и Московской области (табл. 8, 9) на основе испытываемой модели в целом подтверждает результаты, полученные по территории Центральной России и ЦФО. Общая оправдываемость регионального прогноза факта осадков (U) была около 70%. Критерий качества (Т) прогнозов осадков на 12, 24 и 36 ч по Москве составлял соответственно 0,37, 0,30 и 0,43, а по Московской области – 0,41, 0,39 и 0,46. Указанные величины подтверждали практическую значимость прогнозов для Москвы и Московской области.

Сопоставление региональных прогнозов осадков с аналогичными прогнозами трех отечественных гидродинамических моделей, внедренных в оперативную практику, (автор Д.Я.Прессман, автор Л.В. Беркович и модель Т85L31) показало, что в целом успешность прогноза осадков по региональной модели превышала успешность прогнозов по локальной гидродинамической модели (автор Д.Я. Прессман), была близка к успешности прогнозов по модели Т85L31 и немного уступала успешности гидродинамических прогнозов (автор Л.В.Беркович), которые по большинству показателей являлись лидирующими среди модельных прогнозов.

В сравнении с прогнозами зарубежных центров региональная модель имела преимущества в общей оправдываемости прогнозов по Московской области до 3%, практически одинаковую оправдываемость суточных прогнозов по Москве. Более высокие значения оправдываемости прогнозов с осадками и более высокую предупрежденность случаев без осадков были у региональной модели.

Из данных табл. 8 и, 9 видно, что наиболее высокие показатели успешности прогнозов факта наличия и отсутствия осадков имели официальные прогнозы осадков, составляемые синоптиками Гидрометбюро Москвы и Московской области. В этих таблицах не приводятся статистические характеристики синоптических прогнозов количества осадков, имеющих определенную специфику, и их сравнение с модельными прогнозами не вполне корректно.

Анализ оценок качества региональных прогнозов осадков по месяцам в период испытаний показал, что успешность прогноза факта осадков лучше оправдывалась в переходные сезоны (в октябре и марте-апреле) и хуже в январе-феврале. Ошибки прогнозов количества осадков наоборот в осенне-весенние месяцы были больше, а в январе-феврале - минимальные.

Центральная методическая Комиссия по гидрометеорологическим прогнозам Росгидромета на своем заседании 9 ноября 2006 г., рассмотрев результаты испытаний, рекомендовала Гидрометцентру России:

внедрить в основную технологию выпуска регионального гидродинамического прогноза полей метеоэлементов, функционирующую на основе усовершенствованной 30-уровенной неадиабатической модели атмосферы с горизонтальным разрешением 75 км, прогноз полей осадков с заблаговременностью до 48 ч;

использовать в оперативной практике прогнозы полей осадков заблаговременностью до 48 ч, получаемые на основе усовершенствованной региональной модели, в холодный период года в качестве вспомогательной прогностической продукции;

провести дополнительные оперативные испытания региональных гидродинамических прогнозов осадков в теплый период года.

Автору предложено продолжить работу по развитию модели.



Рис.1


Рис.2




Рис.3


Рис.4





Похожие:

Гидродинамический прогноз полей приземной температуры воздуха и обложных осадков по усовершенствованной региональной 30-уровенной модели в сигма-системе координат с шагом 75 км (автор В. М. Лосев) iconО результатах испытания методов прогнозов метеорологических полей геопотенциала, ветра, температуры воздуха и метода прогноза осадков
Дальневосточном угмс проводились испытания разработанной в отделе краткосрочных прогнозов Гидрометцентра России (автор В. М. Лосев)...
Гидродинамический прогноз полей приземной температуры воздуха и обложных осадков по усовершенствованной региональной 30-уровенной модели в сигма-системе координат с шагом 75 км (автор В. М. Лосев) iconХарактеристика температуры воздуха и атмосферных осадков а также термических и осадочных аномалий в Щецине
В 1950-2009 гг. Определили величину уклонов температуры воздуха и сумм осадков от средней многолетней и тренды изменений. Кроме того...
Гидродинамический прогноз полей приземной температуры воздуха и обложных осадков по усовершенствованной региональной 30-уровенной модели в сигма-системе координат с шагом 75 км (автор В. М. Лосев) iconОценка влияния крупномасштабного рельефа на изменчивость приземной температры воздуха, осадков и геопотенциала в Северном полушарии

Гидродинамический прогноз полей приземной температуры воздуха и обложных осадков по усовершенствованной региональной 30-уровенной модели в сигма-системе координат с шагом 75 км (автор В. М. Лосев) iconУсовершенствование методики прогнозирования по ансамблю приземной температуры воздуха в течение месяца

Гидродинамический прогноз полей приземной температуры воздуха и обложных осадков по усовершенствованной региональной 30-уровенной модели в сигма-системе координат с шагом 75 км (автор В. М. Лосев) iconВлияние космических факторов на приземную температуру воздуха
Целью настоящей работы является поиск возможных периодических составляющих, связанных с влиянием космических факторов, в ряде среднесуточных...
Гидродинамический прогноз полей приземной температуры воздуха и обложных осадков по усовершенствованной региональной 30-уровенной модели в сигма-системе координат с шагом 75 км (автор В. М. Лосев) iconПрогноз чрезвычайных ситуаций на ноябрь 2012 года Прогноз метеорологической обстановки
В первой и второй декадах ожидаются колебания температуры воздуха ночью от -12,-17˚, местами -22˚, до -5,-10˚, днем от -7,-12˚ до...
Гидродинамический прогноз полей приземной температуры воздуха и обложных осадков по усовершенствованной региональной 30-уровенной модели в сигма-системе координат с шагом 75 км (автор В. М. Лосев) iconОткрытый урок в 7 классе
Средняя январская, средняя июльская температуры, максимальные и минимальные температуры воздуха, годовое количество осадков, направление...
Гидродинамический прогноз полей приземной температуры воздуха и обложных осадков по усовершенствованной региональной 30-уровенной модели в сигма-системе координат с шагом 75 км (автор В. М. Лосев) iconВ. Ззолин о разработке гидродинамико-статистического прогноза сильных ливневых осадков в Индийском муссоне
Гидрометцентра России (автор Беркович Л. В.). Проводилась архивация значений полей объективного анализа (автор Багров А. Н.), взятых...
Гидродинамический прогноз полей приземной температуры воздуха и обложных осадков по усовершенствованной региональной 30-уровенной модели в сигма-системе координат с шагом 75 км (автор В. М. Лосев) iconО результатах испытания гидродинамического прогноза осадков на основе региональной модели прогноза метеорологических элементов заблаговременностью до 48 ч в теплый период года

Гидродинамический прогноз полей приземной температуры воздуха и обложных осадков по усовершенствованной региональной 30-уровенной модели в сигма-системе координат с шагом 75 км (автор В. М. Лосев) iconСделай сам /задания I уровня сложности для закрепления изученного материала/ Фамилия Имя учащегося
Урок 6 “Роль атмосферы в жизни Земли. Закономерности распределения температуры воздуха, поясов атмосферного давления и осадков на...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org