О результатах испытания метода и технологии прогноза температуры воздуха по полусуткам пентады для административных районов Новосибирской области



страница1/5
Дата11.07.2014
Размер0.61 Mb.
ТипДокументы
  1   2   3   4   5

М.Я. Здерева, В.Г.Токарев, Г.П. Торубарова

О результатах испытания метода и технологии прогноза температуры воздуха

по полусуткам пентады для административных районов Новосибирской области (Новосибирский ЦГМС-РСМЦ, СибНИГМИ)

Специалистами лаборатории синоптико-статистических среднесрочных прогнозов погоды СибНИГМИ и отдела по разработке новой технологической линии гидродинамических прогнозов ГУ Новосибирский ЦГМС-РСМЦ был разработан метод и технология расчета прогноза экстремальной температуры воздуха по полусуткам пентады для административных районов Новосибирской области (авторы М.Я.Здерева и В.Г.Токарев). Данная работа была проведена в связи с потребностями гидрометеорологического обеспечения, в частности, органов топливно-энергетического комплекса (ТЭК) и агропромышленного комплекса (АПК), заинтересованных в детализированном прогнозе погоды по территории Новосибирской области. Она явилась также продолжением исследований, нацеленных на разработку методов прогнозов погоды на средние сроки (до 5 сут).

Оперативные испытания метода проходили в Гидрометцентре ГУ Новосибирский ЦГМС-РСМЦ по материалам наблюдений за февраль-декабрь 2004 г. Исходной информацией для расчетов прогнозов температуры по данному методу явились: прогностическая продукция Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ЕЦСПП – Рединг) и Регионального специализированного метеорологического центра (РСМЦ – Экзетер), поступающая в коде GRIB (давление у поверхности Земли, геопотенциал Н-500 гПа, температура на уровне изобарической поверхности 850 гПа), а также фактические значения экстремальной температуры воздуха по станциям Новосибирской области. В отличие от применяемого в оперативной практике метода прогноза экстремальной температуры воздуха (авт. И.Г.Храмцова) в данном методе используются фоновый численный прогноз по более густой сети точек (2,5х2.5°) на 1-5 сут, а для первых двух суток - численный прогноз также по полусуткам за два срока. В процессе разработки нового метода авторами были уточнены условия изменения экстремальной температуры воздуха в пространстве и во времени, в зависимости от которых формируется набор предикторов и обучающая выборка. В ходе разработки было испытано несколько вариантов прогностических моделей. Окончательный вариант состоит из нескольких этапов расчетов, включающих выбор аналогов по термобарическим полям, анализ на однородность температурного поля на рассматриваемой территории и получение прогностических значений температуры на станциях по регрессионным коэффициентам в сформированных выборках.

Новый метод прогноза экстремальных температур на 1-5 сут по станциям Новосибирской области функционирует в единой технологии с применяемыми в оперативной практике Новосибирского ЦГМС-РСМЦ методами среднесрочных прогнозов. Исходные данные для расчета прогноза используются из базы данных ГИС МЕТЕО.

Оценка прогнозов температуры проводилась в соответствии с действующим Наставлением по краткосрочным прогнозам погоды общего назначения 2 и Методическими указаниями 1. Для оценки, при этом, использовались одни и те же данные: наблюдений на метеорологических станциях Новосибирской области и оперативные прогнозы синоптиков. Эти данные поступают в ГУ Новосибирский ЦГМС-РСМЦ по коду КН-01. Методические и оперативные прогнозы рассчитывались по 29-30 станциям Новосибирской области. Оценка прогнозов на 1-5 сут производилась в автоматическом режиме.

Более детально была проведена оценка прогнозов на сутки. Всего за период испытания на 1 сут было рассчитано 229 прогнозов минимальной и максимальной

температуры воздуха для каждой станции. Сравнительная оценка методических прогнозов с оперативными (табл.1) показала, что оправдываемость (66-68%) как ночью, так и днем одного порядка (с небольшим преимуществом оперативных прогнозов примерно на 1-2%). Наибольшую оправдываемость за анализируемый период имели в июне-августе как методические, так и в оперативные прогнозы. Диапазон оправдываемости методических прогнозов в эти месяцы составил 73-86%, оперативных-78-89%. Отметим, что в течение года колебания оправдываемости более значительны и составляют у методических прогнозов 31-86%, а в оперативных 34-98%.

Необходимо было проанализировать оправдываемость прогнозов температуры по каждой станции отдельно, а также по группе станций, входящих в один из 4 районов, на которые была поделена Новосибирская область. Как следует из табл.2, у нового метода оправдываемость прогнозов минимальной температуры оказалась выше 70% на 10 станциях: Чистоозерное (79%). Баган (77%). Карасук (72%). Кочки (73%), Краснозерск (72%). Колывань (72%). Коченево (77%). Мошково (72%), Новосибирск (78%). Посевная (75%). Прогнозы максимальной температуры, составленные по новой модели, менее удачны. Всего по 6 станциям получена оправдываемость более 70%: Здвинск (71%). Карасук (71%), Каргат (71%). Искитим (70%). Ордынское (72%), Посевная (70%). При этом следует отметить, что станции с оправдываемостыо более 70% для минимальной и максимальной температуры, как правило, различны, за исключением станций Карасук и Посевная. Количество станций с оправдываемостью более 70% в оперативных прогнозах практически одинаково (около 10) для минимальной и максимальной температуры, что несколько больше, чем в методических прогнозах. Высокую успешность имели методические и оперативные прогнозы одновременно лишь на станциях Карасук и Посевная. У нового метода самую низкую оправдываемость прогнозов минимальной температуры имели станции Кыштовка (60%), Северное (59%), Маслянино (59%), а самую низкую опрвдываемость прогнозов максимальной температуры – станции Северное (59%), Татарск (56%), Убинское (60%),

Сравнение успешности оперативных и методических прогнозов температуры по четырем районам Новосибирской области представлено в табл. 3. Станции по районам сгруппированы следующим образом: северо-западный (СЗ) - Барабинск, Венгерово, Кыштовка, Северное, Татарск, Убинское, Усгь-Тарка, Чаны, Чистоозерное; юго-западный (ЮЗ) - Баган, Довольное, Здвинск, Карасук, Купино, Кочки, Краснозерск; северо-восточный (СВ) - Болотное, Каргат, Колывань, Коченево, Мошково, Тогучин, Чулым; юго-восточный (ЮВ) - Искитим, Маслянино, Ордынское, Сузун, Посевная; отдельно представлен г. Новосибирск. Как видно из таблицы, по всем районам в целом более удачны (на 1-3%) оперативные прогнозы, за исключением СВ района и г. Новосибирска, где методические прогнозы минимальной температуры более успешны, чем пргнозы по оперативному методу.

В целом, оправдываемость по районам методических прогнозов минимальной температуры составила 64-78%, максимальной - 62-70%, успешность оперативных прогнозов соответственно 66-77% и 64-79%. Из четырех районов области более низкой оправдываемость прогнозов минимальной и максимальной температуры воздуха оказалась в СЗ районе (62-64%) и в ЮВ районе – у прогнозов минимальной температуры (65%).

Новый метод, как уже было сказано выше, прогнозирует экстремальную температуру воздуха по территории Новосибирской области на 5 сут. За период апрель-декабрь (с апреля стал полностью производиться расчет на 1-5 сут) составлено для каждой заблаговременности и станции по 244 прогноза. В среднем, за 5 сут оправдываемость прогнозов минимальной температуры составила 64%, оправдываемость прогнозов максимальной температуры несколько ниже - 63% (табл.4). Как показывает анализ упомянутой таблицы, с увеличением заблаговременности оправдываемость прогнозов минимальной температуры снижается от 72% на первые сутки до 59% - на пятые, а прогнозов максимальной температуры соответственно - от 69% до 56%.

Проведенный анализ оправдываемости по месяцам вновь показал, что метод лучше всего работает в летние месяцы (июнь-август) и оправдываемость прогнозов в этот период составляет от 71% до 81%. Кроме того, выше 70% имеют оправдываемость прогнозы минимальной температуры в сентябре (72%) и максимальной в ноябре (75%), 52% и ниже имеют успешность прогнозы минимальной и максимальной температуры в мае (45-52%) и декабре (41-46%).

В настоящее время в оперативной практике Гидрометцентра ГУ Новосибирский ЦГМС-РСМЦ для прогноза экстремальной температуры воздуха на 1-5 сут используется метод (автор И.Г.Храмцова, СибНИГМИ), который предвычисляет прогнозы для менее плотной сети - для 6 станций Новосибирской области (Кыштовка, Купино, Барабинск, Новосибирск, Болотное, Посевная), равномерно освещающих территорию области. Поэтому интересно было сравнить успешность прогнозов по этим станциям на основе нового метода и внедренного ранее (табл. 5). Как следует из приведенной таблицы, в целом, за 5 сут качество прогнозов по методу И.Г.Храмцовой оказалось несколько выше, чем по новой модели, особенно по максимальной температуре. При этом преимущество метода И.Г.Храмцовой заметно практически для любой заблаговременности прогноза, за исключением первых двух суток, для которых новый метод лучше предсказывает минимальную температуру (74%-первые, 67%-вторые сутки), что подтверждают результаты авторских испытаний. В годовом ходе более высокая оправдываемость прогнозов для перечисленных выше 6 станций также приходится на летние месяцы (июнь-август).

Так как в настоящее время специалисты Гидрометцентра ГУ Новосибирский ЦГМС-РСМЦ имеют возможность в качестве дополнительного материала использовать прогнозы экстремальной температуры по территории Новосибирской области, размещаемые на WЕВ-сайте Гидрометцентром России, то было необходимо сравнить качество этих прогнозов температуры с прогнозами по методу М.Я.Здеревой, В.Г.Токарева. Указанное сравнение было проведено на материалах наблюдений за август-декабрь 2004 г. по 30 станциям Новосибирской области (табл. 6). Анализ таблицы позволил выявить, что для всей сети станций Новосибирской области несколько лучше (на 4%) оправдываются прогнозы минимальной температуры воздуха по методу М.Я.Здеревой, В.Г.Токарева, чем прогнозы Гидрометцентра РФ, при этом успешность прогнозов максимальной температуры по обоим методам одинаковая и составляет 62%. Преимущество метода М.Я.Здеревой, В.Г.Токарева по отношению к методу Гидрометцентра России прослеживается практически для любой заблаговременности прогнозов, за исключением первых двух суток, для которых метод Гидрометцентра России несколько лучше предсказывает максимальную температуру.

Для более полной оценки успешности предложенного к испытанию нового метода была проведена статистическая оценка прогнозов по г. Новосибирску (табл.7). Качество прогнозов оценивалось по следующим критериям: абсолютная ошибка (),

систематическая ошибка (). среднеквадратическое отклонение (), оправдываемость прогнозов при заданных градациях ошибок: 2 С, 2 С(Рt). При этом мы предполагаем, что полученные в табл. 7 для г. Новосибирска статистические оценки характерны и для других пунктов области. Величина абсолютной ошибки прогнозов максимальной и минимальной температуры превышает 2 С, что более порога успешности принятого Наставлением по краткосрочным прогнозам погоды общего назначения 2. Значения показателей и указывают на небольшое систематическое занижение прогностических величин температуры и удовлетворительное, в целом, качество прогнозов (оправдываемость прогнозов экстремальных значений температуры 77-79%). Оправдываемость прогнозов экстремальных значений температуры воздуха при заданных градациях ошибок распределилась следующим образом: 63% составляют ошибки, приходящиеся на градацию 2 С при прогнозировании минимальной температуры, что соответствует принятому критерию оправдываемоести. Ошибки при прогнозировании максимальной температуры воздуха в 56% случаев составляют градацию более 2 С и только в 44% случаев эти ошибки находятся в пределах допустимой погрешности.

Авторские испытания метода были проведены в августе, октябре и декабре 2003 г. Оправдываемость прогнозов минимальной температуры в зависимости от заблаговременности колебалась от 51% до 86%, что в принципе подтверждается

результатами оперативных испытаний (59-72%). Оправдываемость прогнозов максимальной температуры у авторов составила 61-83%, а производственные испытания дали несколько худший результат (56-69%).

В процессе производственных испытаний были отмечены следующие достоинства метода:


  • метод объективен и функционирует в едином комплексе с уже действующими моделями и технологиями среднесрочного прогноза метеорологических элементов и явлений погоды;

  • данный метод позволяет составлять детализированный прогноз температуры по территории области, что актуально при гидрометеорологическом обеспечении сельского хозяйства и теплоэнергетики;

  • увеличенная заблаговременность прогнозов создает предпосылки для
    использования в планировании и при решении экономических задач заинтересованными потребителями;

  • оправдываемоегь методических прогнозов температуры на первые сутки
    близка к уровню оперативных прогнозов.

Вместе с тем, производственные испытания позволили выявить и ряд недостатков, над устранением которых необходимо авторам еще поработать:

  • невысокая оправдываемость прогнозов максимальной температуры воздуха при
    любой заблаговременности прогнозов;

  • понижение качества прогнозов в осенне-зимний и весенний периоды года.

Учитывая вышеизложенное, Технический Совет ГУ Новосибирский ЦГМС-РСМЦ 15 марта 2005 г. принял следующее решение:

  • внедрить с 1 апреля 2005 г. новый метод детализации прогнозов температуры воздуха на 1-5 сут по территории Новосибирской области в оперативную практику отдела метеорологических прогнозов Гидрометцентра ГУ Новосибирский ЦГМС-РСМЦ в качестве вспомогательного, используя ранее внедренный метод (автор И.Г.Храмцова) для составления фоновых прогнозов в целом по территории области;

  • поручить Региональному вычислительному центру (РВЦ) совместно с авторами метода обеспечить проведение регулярных расчетов прогнозов экстремальной температуры воздуха, их распечатку и оценку;

  • рекомендовать авторам метода продолжить исследования, нацеленные на улучшение качества прогнозов, особенно максимальной температуры; до 1 мая 2005 г. подготовить и передать РВЦ программу оценки качества прогнозов экстремальной температуры воздуха на 1-5 сут по территории Новосибирской области.


Список литературы


  1. Методические указания. Проведение производственных (оперативных) испытаний новых и усовершенствованных методов гидрометеорологических и гелиогеофизических прогнозов. РД 52.27.284-91.-М.: Комитет гидрометеорологии при Кабинете министров СССР.-1991.

  2. Наставление по краткосрочным прогнозам погоды общего назначения РД 52.88.629 – 2002.-СПб.: Гидрометеоиздат.-2002.-42 с.





Таблица 1

Сравнительная оценка оправдываемости прогнозов температуры на сутки по станциям Новосибирской области

за период февраль-декабрь 2004 г.

Метод

Кол-

во


прог-

нозов


Февраль

Март

Апрель

Май

Июнь

Июль

мин.

мак.

мин.

мак.

мин.

мак.

мин.

мак.

мин.

мак.

мин.

мак.

Здерева-

Токарев



229

53

40

31

81

69

71

67

61

86

75

86

79








































Оператив-

ный


229

57

34

45

98

61

58

66

68

83

78

89

81










































Метод

Август

Сентябрь

Октябрь

Ноябрь

Декабрь

В среднем



мин.

мак.

мин.

мак.

мин.

мак.

мин.

мак.

мин.

мак.

мин.

мак.

Здерева-Токарев

80

73

76

60

67

73

64

73

57

42

67

62

Оператив­ный

80

81

68

63

68

57

71

74

57

58

68

68

  1   2   3   4   5

Похожие:

О результатах испытания метода и технологии прогноза температуры воздуха по полусуткам пентады для административных районов Новосибирской области iconРезультаты испытания метода прогноза осадков по полусуткам пентады для административных районов Новосибирской области в зимний период

О результатах испытания метода и технологии прогноза температуры воздуха по полусуткам пентады для административных районов Новосибирской области 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)...
О результатах испытания метода и технологии прогноза температуры воздуха по полусуткам пентады для административных районов Новосибирской области iconО результатах опытного применения метода прогноза сильного (25 м/с и более) ветра на 1-з сут по территории Новосибирской области и Алтайского края в теплый период года
Урало-Сибирского региона для холодного периода года (автор М. Я. Здерева). Позднее аналогичный метод был разработан для теплого периода....
О результатах испытания метода и технологии прогноза температуры воздуха по полусуткам пентады для административных районов Новосибирской области iconА. И. Усова, Н. И. Колпинов
О результатах испытания метода прогноза видимости в снежной мгле и метели в условиях Арктики в Северном угмс
О результатах испытания метода и технологии прогноза температуры воздуха по полусуткам пентады для административных районов Новосибирской области iconО результатах производственных испытаний методов прогноза урожайности сена многолетних, однолетних и естественных трав по Омской области
Разработка метода прогноза осуществлялась путём построения физико-статистических моделей
О результатах испытания метода и технологии прогноза температуры воздуха по полусуткам пентады для административных районов Новосибирской области iconО результатах производственных испытаний метода долгосрочного прогноза средней областной (краевой) и районной урожайности яровой пше­ницы в амбарном весе по территории Новосибирской, Кемеровской, Томской областей и Алтайского края
Метод долгосрочного прогноза средней областной (краевой) и районной уро­жайности яровой пшеницы в амбарном весе разработан в 1996-1999...
О результатах испытания метода и технологии прогноза температуры воздуха по полусуткам пентады для административных районов Новосибирской области iconО результатах испытания гидродинамического прогноза осадков на основе региональной модели прогноза метеорологических элементов заблаговременностью до 48 ч в теплый период года

О результатах испытания метода и технологии прогноза температуры воздуха по полусуткам пентады для административных районов Новосибирской области iconО результатах испытания методов прогноза урожайности яровой пшеницы и ярового ячменя по территории Курганской области

О результатах испытания метода и технологии прогноза температуры воздуха по полусуткам пентады для административных районов Новосибирской области iconО результатах испытаний автоматизированного метода краткосрочного прогноза ежедневных уровней воды в период открытого русла р. Енисей у г. Енисейска
Ны оперативные испытания метода автоматизированного краткосрочного прогноза ежедневных уровней воды в период открытого русла р. Енисей...
О результатах испытания метода и технологии прогноза температуры воздуха по полусуткам пентады для административных районов Новосибирской области iconВ. В. Иванов Результаты испытаний усовершенствованного макроциркуляционного метода фонового прогноза для шельфовых районов Западной Арктики
Результаты испытаний усовершенствованного макроциркуляционного метода фонового прогноза для шельфовых районов Западной Арктики
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


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