Оценки ретроспективных и оперативных прогнозов средней месячной температуры воздуха и месячных сумм осадков, составленных



Скачать 187.96 Kb.
Дата26.07.2014
Размер187.96 Kb.
ТипДокументы
УДК 551.509.314

Оценки ретроспективных и оперативных прогнозов

средней месячной температуры воздуха и месячных сумм осадков, составленных

с большой заблаговременностью методом многофакторной регрессионной средней.

Мещерская А.В., Голод М.П. Информационный сборник №33.-2005.-С.


На материалах 24-летних независимых прогнозов за 1979-2002 гг., рассчитанных с большой заблаговременностью методом многофакторной регрессионной средней, представлены оценки ретроспективных прогнозов средней месячной температуры воздуха для основных зернопроизводящих районов СНГ в годовом ходе.

За 1998-2002 гг. оценена успешность оперативных долгосрочных прогнозов средней месячной температуры воздуха и месячных сумм осадков, составленных методом многофакторной регрессионной средней на месяцы вегетационного периода с заблаговременностью 2-7 мес. Оценки сделаны по общепринятым критериям: проценту оправдавшихся прогнозов Р, средней квадратической () и абсолютной () ошибке прогнозов, оценке по знаку () и по коэффициенту корреляции между прогностическими и фактическими полями (r).

Выполнено сравнение успешности методических прогнозов с климатическими прогнозами осадков и температуры воздуха, рассчитанных комплексным физико-статистическим методом М.И. Юдина.


Табл. 2. Ил. 3. Библ. 7.

А.В.Мещерская, М.П.Голод

Оценки ретроспективных и оперативных прогнозов средней месячной температуры воздуха и месячных сумм осадков, составленных с большой заблаговременностью методом многофакторной регрессионной средней

Метод многофакторной регрессионной средней [3] является упрощенным и почти полностью автоматизированным вариантом комплексного физико-статистического метода М.И. Юдина [5, 6]. В отличие от последнего, метод многофакторной регрессионной средней (МРС), детально описанный в [3], является чисто регрессионным. Вместе с тем при разработке метода МРС более чем в 4 раза было увеличено число потенциальных предикторов (с 734 до 3233) как за счет включения новых групп предикторов, так и за счет увеличения до 12 лет заблаговременности предикторов. Корреляционные связи между предикторами и предиктантами рассчитывались по 60-летним рядам при прогнозе средней месячной температуры воздуха и по 80-летним рядам при прогнозе месячных сумм осадков.

Оперативные прогнозы месячных сумм осадков и средней месячной температуры воздуха с большой заблаговременностью (от двух до семи месяцев) до 1996 г. составлялись комплексным физико-статистическим методом, а в последующие годы – методом многофакторной регрессионной средней.

Прогнозы рассчитываются для основных зернопроизводящих районов СНГ. Оперативные прогнозы составляются для месяцев вегетационного периода (апрель – сентябрь). В опытном порядке рассчитываются оперативные прогнозы средней месячной температуры воздуха на октябрь – март.

Решением Центральной методической комиссии по гидрометеорологическим и гелиогеофизическим прогнозам от 28 марта 2001 г. метод многофакторной регрессионной средней (авторы Мещерская А.В. и Голод М.П.) рекомендован для внедрения в Главной геофизической обсерватории им. А.И.Воейкова (ГГО) с целью долгосрочного прогнозирования месячных сумм осадков и средней месячной температуры воздуха с заблаговременностью 2-7 мес. Гидрометцентру России рекомендовано использование этих прогнозов в схеме комплексации официальных долгосрочных метеорологических прогнозов.

Статья состоит из двух частей. В первой части на материалах 24-летних независимых прогнозов, рассчитанных с большой заблаговременностью методом многофакторной регрессионной средней, представлены оценки ретроспективных прогнозов средней месячной температуры воздуха. Во второй части статьи приведены оценки успешности за 1998-2004 гг. оперативных долгосрочных прогнозов средней месячной температуры воздуха и месячных сумм осадков. Выполнено сравнение методических прогнозов с климатическими и прогнозами осадков и температуры воздуха, рассчитанными комплексным физико-статистическим методом М.И. Юдина.


1. Анализ оценок ретроспективных прогнозов аномалий средней месячной температуры воздуха в годовом ходе

Ретроспективные прогнозы аномалий средней месячной температуры воздуха рассчитывались для основных зернопроизводящих районов России и сопредельных стран за период с 1979 по 2002 г. Прогнозы составлялись на независимых материалах.

Оценки прогнозов выполнены для всех месяцев года в отклонениях от норм за 1891-1975 гг. Этот период предшествует периоду, для которого рассчитывались прогнозы, что обеспечивает полную независимость ретроспективных прогнозов. Заблаговременность предикторов разная для каждого месяца года: для января она меняется от нулевой до 12 лет, для февраля – от месячной до 12 лет, для декабря – от одиннадцатимесячной до 12 лет.

Наряду с оценками методических прогнозов выполнялись оценки климатических прогнозов, что позволяет сравнить методические прогнозы большой заблаговременности и климатические прогнозы.

Оценки прогнозов сделаны по общепринятым критериям: проценту оправдавшихся прогнозов Р в соответствии с Наставлением 1986 г. по оценке долгосрочных метеорологических прогнозов [4], средней квадратической ошибке (), абсолютной ошибке (), оценке по знаку () и по коэффициенту корреляции между прогностическими и фактическими полями (r).

Анализ оценок прогнозов температуры воздуха по Р-критерию (рис. 1, табл. 1) показывает, что эти оценки достаточно высоки и имеют годовой ход: летом оценки несколько выше (Р 60-70%), чем зимой (Р 55-65%).

Еще более четкий годовой ход имеют оценки климатических прогнозов температуры воздуха, причем весьма неожиданными оказались очень низкие оценки климатических прогнозов зимой (Ркл 30-40%), когда превышение оправдываемости методических прогнозов над климатическими очень велико (Р 20-30%). Отчасти это связано с меньшей заблаговременностью методических прогнозов в январе–марте (минимальная заблаговременность предикторов от нулевой до двух месяцев).

Летом оценки методических прогнозов температуры воздуха по Р-критерию высоки и близки к климатическим, лишь немного уступая последним.

На рис. 1б и в табл. 1 представлен также годовой ход средних квадратических ошибок (), который очень четко выражен как для методических, так и для климатических прогнозов температуры воздуха. В январе–феврале для методических прогнозов характерное значение 2,9 ... 3,6 С, летом почти вдвое меньше ( 1,7 ... 2,2 С). Средние квадратические ошибки климатических прогнозов температуры воздуха летом несколько меньше методических (кл 1,4С ... 2,0С), а зимой (январь – март), наоборот, больше (кл 3,0С ... 3,8С), по-видимому, за счет упоминавшейся выше причины: меньшей заблаговременности методических прогнозов в эти месяцы. В целом годовой ход определяется годовым ходом изменчивости температуры воздуха, которая зимой в 2-3 раза больше, чем летом.

Рассмотрим теперь годовой ход оценок методических прогнозов по и r (для климатических прогнозов оценки по r равны 0). Прежде всего, надо отметить, что значения и r хотя и невелики по величине, но преимущественно положительные, что свидетельствует о том, что в отдельные годы удается предвычислить знак () и географическое распределение (r) прогнозируемых аномалий средней месячной температуры воздуха. Средние за год значения = 0,13, а r = 0,10. Обращают на себя внимание высокие значения в январе–феврале. Возможно, что наряду с меньшей заблаговременностью прогнозов здесь играет некоторую роль потепление климата, особенно четко проявляющееся зимой. Анализ прогностических карт аномалий температуры воздуха показывает, что в последние годы на зимние месяцы чаще прогнозируются положительные аномалии температуры воздуха, что совпадает с тенденцией к потеплению климата.


2. Оценки оперативных прогнозов аномалий средней месячной температуры воздуха и месячных сумм осадков за 1998-2004 гг., составленных с большой заблаговременностью на месяцы вегетационного периода (апрель–сентябрь) для основной зернопроизводящей зоны России и сопредельных стран.

Оценки оперативных долгосрочных метеорологических прогнозов выполнялись по тем же критериям, что и ретроспективных прогнозов. Однако, в отличие от последних, заблаговременность оперативных прогнозов больше. При прогнозе на апрель используются предикторы с заблаговременностью от двух месяцев до 12 лет, при прогнозе на сентябрь – предикторы с заблаговременностью от семи месяцев до 12 лет.

Напомним, что корреляционные связи между предикторами и предиктантами рассчитываются по 60-летним рядам для прогноза средней месячной температуры воздуха и по 80-летним рядам для прогноза месячных сумм осадков [3, 7].

Анализ оперативных прогнозов аномалий температуры воздуха за 1998-2004 гг. (рис. 2, табл. 2) свидетельствует о высоких оценках по Р, которые в среднем за 7 лет составили 66,7%. Это несколько выше успешности климатических прогнозов (Ркл = 66,1%). От года к году оценки сильно колеблются. Успешными были оперативные прогнозы аномалий средней месячной температуры воздуха на вегетационный период 2000 г. и особенно на вегетационный период 2004 г.

Средние квадратические и абсолютные ошибки прогнозов температуры воздуха (рис. 2б, табл. 2) в их колебаниях от года к году повторяют колебания успешности прогнозов по Р. Как и по критерию Р (чем больше P, тем меньше и ). Оценки оперативных прогнозов аномалий температуры по и r (рис. 2в) таковы: в среднем = 0,17, r = 0,14, что соответствует известному метеорологам среднему уровню оценок долгосрочных метеорологических прогнозов большой заблаговременности.

Оценки оперативных прогнозов средних месячных сумм осадков за 1998-2004 гг. представлены в табл. 2 и на рис. 3.

Средние за 7 лет оценки прогнозов осадков по Р = 65,4%, что несколько ниже средних оценок климатических прогнозов (Ркл = 67%). От года к году оценки прогнозов осадков по Р колеблются меньше, чем оценки рассмотренных выше прогнозов температуры воздуха. Вероятно, это связано с тем, что методика расчета Р для осадков (согласно Наставлению 1986 г.) иная, чем расчет Р для температуры воздуха. Более высокими оценками прогноза сумм осадков на месяцы вегетационного периода выделаются 2004 и 2002 гг.

Коэффициенты корреляции между прогностическими и фактическими полями месячных сумм осадков (рис. 3б, табл. 2) меньше, чем для температуры воздуха. В среднем за 1998-2004 гг. r = 0,04, т.е. методические прогнозы месячных сумм осадков большой заблаговременности практически не улавливают пространственное распределение осадков по рассматриваемой территории. Велики средние квадратические () и абсолютные () ошибки прогнозов осадков, которые в среднем составили 51% и 40% соответственно (рис. 3в, табл. 2).

Как отмечалось в начале данного раздела, с 1966 по 1995 г. оперативные прогнозы осадков и температуры воздуха с большой заблаговременностью составлялись в ГГО комплексным физико-статистическим методом М.И. Юдина. Оценки оперативных прогнозов неоднократно публиковались, в том числе за длительный 17-летний период с 1977 по 1993 г. [7]. Сравнение оценок оперативных прогнозов, составленных комплексным физико-статистическим методом и методом МРС (табл. 2), показывает, что они близки. Средняя успешность прогнозов температуры воздуха по Р = 65,5% для первого метода и Р = 66,7% для второго метода. По второму методу (МРС) оценка чуть лучше, но разность оценок статистически незначима.

По величине средней абсолютной ошибки прогнозов температуры воздуха (табл. 2) метод МРС ( = 1,6С) также показал некоторое преимущество по сравнению как с комплексным физико-статистическим методом ( = 1,8С), так и с климатическими прогнозами температуры воздуха (кл = 1,7С).

Успешность прогнозов осадков, наоборот, несколько выше по физико-статистическому методу (Р = 66,5%), чем по методу МРС (Р = 65,4%). Это связано отчасти с большей повторяемостью градации «норма» в прогностических полях осадков, составленных физико-статистическим методом. Однако прогноз осадков по обоим методам примерно на 1,5% (по Р) уступает оценкам климатических прогнозов.

В заключение приведем несколько соображений о возможности сопоставления успешности статистических прогнозов температуры воздуха большой заблаговременности с успешностью сезонных гидродинамических прогнозов.

Во-первых, необходимо подчеркнуть, что метеорологические прогнозы с заблаговременностью два месяца и более нельзя сравнивать с успешностью прогнозов, рассчитанных с нулевой заблаговременностью, будь то гидродинамические или статистические прогнозы. Хорошо известно, что основная прогностическая информация содержится в ближайших двух неделях, следующих сразу за моментом составления прогнозов. За пределами двух недель информативность резко падает. Этот факт известен из литературы и подтвержден тщательно выполненными исследованиями по оценке успешности гидродинамико-статистических прогнозов месячного периода осреднения, рассчитанных с нулевой заблаговременностью по гидродинамической модели ГГО [1, 2].

При составлении прогнозов с двухмесячной заблаговременностью и более, первые две наиболее информативные недели, как и первые два месяца не учитываются, что и определяет существенно более низкую оправдываемость прогнозов большой заблаговременности по сравнению с нулевой.

Оправдываемость месячных статистических прогнозов температуры воздуха и осадков, составленных с большой заблаговременностью, целесообразно сопоставлять с оправдываемостью гидродинамических (или гидродинамико-статистических) прогнозов, рассчитанных с той же заблаговременностью, т.е. в данном случае не менее двух месяцев.

Таблица 1




Годовой ход оценок методических (1) прогнозов (МРС) большой заблаговременности


и климатических (2) прогнозов средней месячной температуры воздуха

на независимых материалах 1979-2002 гг. от норм за 1891-1975 гг.







Месяцы




I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII



Оценка по Р



1

65

56

63

54

57

58

71

74

71

70

52

52

2

30

33

42

52

63

63

70

78

79

73

53

42



Средняя квадратическая ошибка (δ)



1

3,1

3,6

2,9

2,6

2,2

2,2

1,7

1,7

1,7

1,9

3,3

3,0

2

3,8

3,8

3,1

2,5

2,0

1,9

1,7

1,6

1,4

1,7

2,9

3,3



Оценка по и r






0.54

0,29

0,41

0,10

-0,07

-0,14

0,25

0,10

-0,09

0

0,05

0,08

r

0,15

0,13

0,04

0,06

-0,07

-0,04

0,25

0,31

0

-0,04

0,04

0,39


Таблица 2




Оценки оперативных прогнозов средней месячной температуры воздуха


и месячных сумм осадков, составленных методом многофакторной

регрессионной средней на апрель – сентябрь 1998-2004 гг.






1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

Средняя


Физико-статистический метод

Температура воздуха



Р, %

63,1

52,7

73,4

72,0

68,6

61,7

75,6

66,7

65,5

Ркл

60,4

63,5

67,0

64,6

66,2

64,9

76,0

66,1

67,0




0,19

0,06

0,18

0,40

0,17

-0,08

0,29

0,17

-

r

0,15

-0,04

0,09

0,48

0,33

-0,16

0,16

0,14

-




2,3

2,4

1,8

1,8

1,9

2,2

1,6

2,0

-

(С)

1,8

2,1

1,6

1,4

1,5

1,8

1,3

1,6

1,8/1,7кл

Месячные суммы осадков



Р, %

61,9

60,2

63,9

66,9

68,0

63,2

72,3

65,4

66,5

Ркл

65,3

63,7

67,4

65,8

62,1

70,9

73,9

67,0

68,0

r

0,01

-0,12

-0,08

0,23

0,25

-0,07

0,04

0,04

-

, %

53

54

51

47

53

54

44

51

-

, %

44

43

41

38

41

40

33

40

42/42кл

Примечание. - средняя квадратическая ошибка; - средняя абсолютная ошибка; оценки оперативных физико-статистических прогнозов температуры и осадков приведены за 1977-1993 гг.



Список литературы





  1. Мелешко В.П., Гаврилина В.М., Мирвис В.М., Матюгин В.А., Пичугин Ю.А., Вавулин С.В. Гидродинамико-статистический долгосрочный прогноз метеорологических полей по модели ГГО. 2. Результаты оперативных испытаний и перспективы улучшения прогностической схемы//Метеорология и гидрология.-2002.- № 10.-С.5-17.

  2. Мелешко В.П., Мирвис В.М., Матюгин В.А., Гаврилина В.М., Львова Т.Ю. Современное состояние прогнозирования метеорологических величин на предстоящий месяц гидродинамико-статистическим методом ГГО. 1. Новая версия метода. Категорические прогнозы – результаты 25-летних испытаний//Метеорология и гидрология (в печати).

  3. Мещерская А.В., Чувашина И.Е., Маргасова В.Г., Голод М.П. Многофакторный регрессионный метод долгосрочных метеорологических прогнозов большой заблаговременности. – Современные исследования Главной геофизической обсерватории – к 150-летию со дня основания. – Гидрометеоиздат.-1999.-Т.1.-С.51-69.

  4. Наставление по службе прогнозов. Раздел 2, часть VI. – М.: Гидрометеоиздат, 1986, 28 с.

  5. Юдин М.И. Физико-статистический метод долгосрочного прогноза погоды. – Л.: Гидрометеоиздат, 1968, 28 с.

  6. Юдин М.И., Мещерская А.В. Комплексный физико-статистический метод прогноза большой заблаговременности//Метеорология и гидрология.-1977.-№ 1.-С.3-12.

  7. Юдин М.И., Мещерская А.В., Блажевич В.Г., Чувашина И.Е., Мирвис В.М. Усовершенствование методики и оценки успешности долгосрочных метеорологических прогнозов, составляемых комплексным физико-статистическим методом. – Информационный сборник «Проблемы долгосрочного прогноза и короткопериодных колебаний климата, совершенствование обеспечения потребителей этой продукцией.–СПб: Гидрометеоиздат, 1995, с. 3-20.

Похожие:

Оценки ретроспективных и оперативных прогнозов средней месячной температуры воздуха и месячных сумм осадков, составленных 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...
Оценки ретроспективных и оперативных прогнозов средней месячной температуры воздуха и месячных сумм осадков, составленных 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)...
Оценки ретроспективных и оперативных прогнозов средней месячной температуры воздуха и месячных сумм осадков, составленных iconРезультаты сравнительной оценки прогнозов среднемесячной температуры воздуха по пунктам и регионам России и СНГ на основе гидродинамико-статистических методов гго, Гидрометцентра России и официально выпускаемых прогнозов

Оценки ретроспективных и оперативных прогнозов средней месячной температуры воздуха и месячных сумм осадков, составленных iconОткрытый урок в 7 классе
Средняя январская, средняя июльская температуры, максимальные и минимальные температуры воздуха, годовое количество осадков, направление...
Оценки ретроспективных и оперативных прогнозов средней месячной температуры воздуха и месячных сумм осадков, составленных icon4. Абсолютные и среднеквадратические ошибки прогнозов приземной температуры воздуха по станциям Европейской территории России, рассчитанные на основе различных гидродинамических моделей циркуляции атмосферы
На рисунке использованы следующие условные обозначения гидродинамических моделей атмосферы фгбу «Гидрометцентр России» и зарубежных...
Оценки ретроспективных и оперативных прогнозов средней месячной температуры воздуха и месячных сумм осадков, составленных iconГидродинамический 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)
Европа и Азия на основе усовершенствованной 30-уровенной неадиабатической модели в сигма-системе координат с горизонтальным разрешением...
Оценки ретроспективных и оперативных прогнозов средней месячной температуры воздуха и месячных сумм осадков, составленных iconНа основе технологии рэп по областным центрам территории ответственности центрально-черноземного угмс
Опыт практического использования прогнозов экстремальной температуры воздуха с заблаговременностью до 3 сут
Оценки ретроспективных и оперативных прогнозов средней месячной температуры воздуха и месячных сумм осадков, составленных 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...
Оценки ретроспективных и оперативных прогнозов средней месячной температуры воздуха и месячных сумм осадков, составленных iconМетодика оценки экономического эффекта и экономической эффективности прогнозов весенних заморозков Л. А. Хандожко
Представленная здесь методика оценки экономической полезности прогнозов весенних заморозков является уточненным вариантом методики...
Оценки ретроспективных и оперативных прогнозов средней месячной температуры воздуха и месячных сумм осадков, составленных iconКомнатный терморегулятор с двумя датчиками температуры выносным датчиком температуры пола и встроенным датчиком температуры воздуха. Встроенный монтаж

Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


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