Решение Центральной методической комиссии по гидрометеорологическим и гелиогеофизическим прогнозам от 15 декабря 2016 г.

Центральная методическая комиссия по гидрометеорологическим и гелиогеофизическим прогнозам (ЦМКП), заслушав и обсудив доклады представителей ФГБУ «ГОИН», ФГБУ «ААНИИ», ФГБУ «Гидрометцентр России» приняла следующие решения:

1. Система прогноза ветрового волнения в Черном море с детализацией в шельфовых зонах (ФГБУ «Гидрометцентр России», Мысленков С.А., «Географический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова» Столярова Е.В., Архипкин В.С.).

1.1 ЦМКП отмечает, что:
В ФГБУ «Гидрометцентр России» в рамках научной тематики в 2014–2016 гг. разработана система прогноза ветрового волнения в Черном море с детализацией в шельфовых зонах.

Созданная система обеспечивает прогнозирование характеристик ветрового волнения (высоты значительных волн (англ. significant wave height, SWH), среднего направления распространения, средней длины, среднего периода, высоты и направления распространения ветровых волн, высоты и направления распространения волн зыби) на сроки до 3 суток.

Прогнозы составляются на основе расчетов по спектральной модели ветрового волнения SWAN 41.10 с использованием специальной нерегулярной триангуляционной сетки. В качестве входных данных о ветре используются прогнозы системы GFS. Система прогноза автоматизирована и выполняет следующие операции: загрузка из интернета прогнозов ветра, подготовка входных данных, запуск модели, визуализация рассчитанных параметров волн, отправка результатов на сервер и на e-mail.

Расчеты проводятся на специальной нерегулярной триангуляционной сетке, включающей в себя Черное и Азовское моря с шагом по пространству 12 км, а также Керченский пролив, Цемесскую бухту и район Сочи с шагом до 200 м. Дискретные значения частот определяются рядом из 37 членов геометрической прогрессии. Направления распространения от 0° до 360° дискретизируются с шагом 5° (72 направления). В качестве батиметрической основы использовались общие навигационные карты и карты для прибрежной зоны Черного моря, изданные ГУНИО. Например, карта "Порт Новороссийск" масштаба 1:25 000 имеет шаг порядка 100-200 м.

Для прогноза параметров ветрового волнения в качестве источника прогностических полей ветра использовались данные системы GFS (Global Forecasting System), функционирующей в метеорологическом центре NCEP/NOAA. Пространственное разрешение системы GFS оставляет 0,5°, временной шаг 3 часа [ftp://nomads.ncdc.noaa.gov/GFS/]. Файлы с данными GFS на данный момент предоставляются NOAA в открытом доступе; поля анализа GFS, а также прогностические поля этой модели могут быть использованы в качестве начальных данных для мезомасштабных моделей океана и атмосферы.

Необходимые для составления прогнозов расчеты выполняются ежедневно на ЭВМ CRAY CX с использованием параллельных вычислений на 24 процессорах. Задача запускается в 8:00 московского времени. Время счета составляет около 60 мин. Расчет ведется на сроки до 72 часов с периодичностью выдачи прогнозов 3 часа для представления пользователям. Чтобы избежать занижения высоты волн для первых прогнозов (на 3, 6, 9 часов), связанного с «холодным» стартом модели (начальным условием является отсутствие волн), также используются данные прогноза GFS от 12:00 предыдущего дня. Волновая модель стартует от 12:00 предыдущего дня, и к первому прогнозу на 3 часа текущего дня волнение уже формируется в течение 15 часов, чего вполне достаточно для первоначального разгона поля волн для Черного и Азовского морей.

Оценка качества диагностической версии системы (использовались данные о ветре из реанализа NCEP/CFSR) проведена для периода с 1 января 2010 по 31 декабря 2012 года. Сравнение данных моделирования производилось с данными наблюдений в Цемесской бухте. Статистический анализ всего ряда данных по сравнению модельных и измеренных высот значительных волн (около 70000 значений, дискретность 15 мин) показал, что средняя систематическая ошибка модели не превышает -0.19 м (СКО в пределах 0.2-0.3 м, коэффициент корреляции значимый и составляет около 0.8). При сравнении со спутниковыми данными были получены оценки: СКО около 0.35 м, коэффициент корреляции 0.8.

Оценка качества прогностической версии системы (использовались прогнозы ветра GFS) для шельфовой зоны (Цемесская бухта) проводилась для периода январь-сентябрь 2010 года Всего было сделано 149 прогнозов от каждого дня на 72 часа, с шагом 3 часа. Полученные прогнозы высоты значительных волн сравнивались с данными наблюдений, статистические параметры оценивались для каждой заблаговременности. Средняя корреляция между данными наблюдений и прогнозом составила 0.75, максимум 0.82 для прогноза на 6 часов, минимум 0.62 для прогноза на 72 часа. СКО от 0.08 м до 0.14 м. Для сравнения со спутниковыми данными было проанализировано 30 прогнозов в феврале 2015 года. Получены оценки: СКО около 0.3 м, корреляция 0.89.

1.2 ЦМКП считает целесообразным:
- одобрить работу ФГБУ «Гидрометцентр России» и «Географический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова» по созданию системы прогноза ветрового волнения в Черном море с детализацией в шельфовых зонах и проведению ее испытаний.

1.3 ЦМКП рекомендует:
- ФГБУ «Гидрометцентр России»: использовать разработанную систему прогноза ветрового волнения в Черном море для шельфовых зон (Керченский пролив, Цемесская бухта, район Сочи) в качестве вспомогательного метода;
- продолжить работу по совершенствованию системы прогноза ветрового волнения в Черном море с детализацией в шельфовых зонах и провести сравнительные оценки с существующей системой прогнозирования характеристик ветрового волнения для акватории Черного моря (ФГБУ «Гидрометцентр России», Б.С. Струков, А.А. Зеленько, Ю.Д. Реснянский, С.Л. Мартынов);
- авторам рассмотреть возможность создания оперативной технологии разработанного метода с использованием АССОИ в ФГБУ «Гидрометцентр России»;
- подготовить предложения для ФГБУ «Северо-Кавказское УГМС» с целью верификации системы и ее дальнейшего развития.


2. Метод прогноза опасного природного явления – аномально жаркой погоды на 48-144h для территории России (ФГБУ «Гидрометцентр России» Вильфанд Р.М., Васильев П.П., Лукьянов В.И., Голубев А.Д., Васильева Е.Л.).

2.1. ЦМКП отмечает, что:
В ФГБУ «Гидрометцентр России» разработан, использовался и проходил испытания метод прогноза аномально-жаркой погоды, состоящий из двух последовательных этапов: 1-ый - численный расчет по оперативным метеорологическим данным статистической модели РЭП (расчет элементов погоды) – прогноз температуры воздуха по РФ с предварительным выделением районов с прогнозом наличия в них ОЯ, передача соответствующих визуализированных материалов (карт и таблиц) в ОКПП – отдел краткосрочных прогнозов погоды - для анализа и 2-ой - составление окончательных прогностических предупреждений об ОЯ – аномально-жаркой погоды прогнозистом-синоптиком. Испытание метода проводилось в течение теплых полугодий –2014 г., 2015 г., 2016 г. Рассчитывались оценки оправдываемости по результатам расчета по схеме РЭП для критерия Пирси-Обухова (Т) и для общей оправдываемости (U) для 27 районов РФ. Оценки имеют достаточно высокие показатели: по критерию Пирси-Обухова для Т – от 0.46 до 0.98 при среднем 0.69, для U от 0.85 до 0.97 при среднем 0.92. Используемый метод демонстрирует удачное сочетание оперативных численных расчетов с хорошей поддержкой по их визуализации и с работой оперативного прогнозиста, выпускающего окончательное предупреждение об ОЯ. Такой метод разработан и испытан для территории России впервые. Работа выполнена на современном высоком научно-технологическом уровне.

2.2 ЦМКП считает целесообразным:
- одобрить работу ФГБУ «Гидрометцентр России» по разработке метода прогноза опасного природного явления – аномально жаркой погоды на 48-144h для территории России.

2.3 ЦМКП рекомендует:
- внедрить метод прогноза опасного природного явления – аномально жаркой погоды на 48-144h для территории России в ФГБУ «Гидрометцентр России» в качестве основного;
- рассмотреть возможность перехода на новые климатические нормы дляпрогностических расчетов.


3. Прогноз элементов приземной погоды (температуры, ветра, осадков) на основе негидростатической модели атмосферы COSMO-Ru2 на примере ЦФО для холодного и теплого периодов (ФГБУ «Гидрометцентр России», кол-в под рук. Г.С. Ривина).

3.1. ЦМКП отмечает, что:

На вычислительной системе Росгидромета для слоя атмосферы до 23 км и почвы до глубины 7 м функционирует система COSMO-Ru численного краткосрочного прогноза погоды для различных территорий и сеток с шагами 13,2 км, 7 км, 2,2 км и 1,1 км. Для нахождения начальных и боковых граничных условий с 2015 г. используются прогнозы первой в мире оперативной негидростатической глобальной модели ICON Немецкой метеослужбы, поступающие в Росгидромет согласно правилам консорциума COSMO.

Прогнозы на основе COSMO-Ru вычисляются ежесуточно по начальным данным 00, 06, 12 и 18ч. ВСВ параллельно прогнозам по ICON в Немецкой метеослужбе со сдвигом по времени 10 мин. Все прогнозы COSMO-Ru готовы менее чем через 4 часа 50 мин после соответствующего срока наблюдения, что свидетельствует об информационно-вычислительной эффективности технологии и выполнении требований лимитам времени вычисления оперативных численных прогнозов (например, все прогнозы COSMO-Ru готовы до 8.00 Мск. времени).

Испытания технологии численного прогноза погоды (ЧПП) очень высокого разрешения (шаг сетки 2,2 км) проводились в практике Росгидромета впервые. Испытания проводились в период октябрь 2014г. - ноябрь 2016г. с осреднением параметров успешности отдельно по всем холодным (октябрь-апрель) и теплым (май-сентябрь) периодам в сравнении с показателям 2-х отечественных глобальных моделей (ПЛАВ2008 и T339L31) и доступной в Росгидромете продукции ведущих центров UKMO, NCEP, DWD, JMA, а также - региональной модели Гидрометцентра России, нескольких конфигураций модели по ограниченной территории WRF-ARW, COSMO-Ru7 (шаг сетки 7 км) и COSMO-Ru13 (13,2 км). Отдельно были рассмотрены результаты для холодного периода 2015-16гг и теплых периодов 2015 и 2016г.

К испытаниям были представлены прогнозы 12-ч сумм осадков с заблаговременностью 18 ч, температуры и «среднего» ветра с заблаговременностью 12 и 24 ч, рассчитанные по начальным данным 00 ВСВ для прогнозирования погоды «на текущий день» по версиям СOSMO-Ru2 для ЦФО и Северного Кавказа. В том числе для территории ЦФО проводилась оценка прогнозов сильных и очень сильных осадков и порывов ветра (шквалов в летний период) со скоростью 18 м/с. Для тестирования по ЦФО использовались данные 175 станций с наблюдениями температуры и ветра и 160 станций с наблюдениями осадков. Для испытания по Северному Кавказу использовались данные 53 станций в области с координатами 42°-45°с.ш. и 37°–45° в.д. Испытания по результатам для ЦФО показали следующее:
- прогнозы приземной температуры воздуха по модели COSMO-Ru2 при осреднении за все холодные и теплые периоды 2014-2016гг уступили по качеству прогнозам глобальных зарубежных моделей, а также модели COSMO-Ru7, превосходя успешность отечественных глобальных моделей. В то же время, прогнозы по модели COSMO-Ru2, как и других версий COSMO-Ru, в период 2014 - 2016гг имели четко выраженную тенденцию на повышение успешности (вследствие замены с 2015 г. глобальной модели, введения и развития системы усвоения данных в COSMO-Ru). В результате за этот период среднеквадратические ошибки прогнозов COSMO-Ru2 снизились практически по всем месяцам в 2016 г. примерно в 1,5 раза, а оправдываемость попадания прогностических значений температуры в трехградусный интервал повысилась на 10-15%;
- прогнозы 12-ч сумм осадков на 18 ч оказались несколько лучше или той же успешности, что и прогнозы глобальных моделей и COSMO-Ru7. В теплый период 2016 г. COSMO-Ru2 по показателям успешности прогнозов факта осадков «обошла» все участвовавшие в сравнениях технологии, несколько сильнее завышая их суммы, чем COSMO-Ru7. Прогнозы сильных ( 6 мм/12 ч, снег) осадков для холодного периода по COSMO-Ru2 оказались несколько хуже прогнозов по COSMO-Ru7 и близкого качества с прогнозами других прогностических систем. Прогнозы очень сильных осадков (20 мм /12 ч, снег) по обеим версиям модели COSMO-Ru (при увеличении радиуса включаемых для сравнения станций до 20 км) имели предупрежденность явления примерно 50% , общую оправдываемость редкого явления 23% (у представившей информацию UKMO эти показатели в 2 раза ниже). Прогнозы летних сильных осадков (15 мм/12 ч, дождь), для всех участвующих в сравнении моделей, оказались менее успешными, однако при близкой к другим методам общей оправдываемости явления COSMO-Ru2 при включении узлов сетки, удаленных от станции менее 20 км, имела существенно более высокий уровень предупрежденности (50%). Очень сильные (и редкие на этой территории) летние осадки ( 50 мм/12 ч, дождь) все модели и методы интерпретации практически их не прогнозировали;
- прогнозы на 12 и 24 ч приземного ветра по модели COSMO-Ru2 в холодные периоды уступили только японской модели и СOSMO-Ru7 при оценке модуля скорости ветра в градациях по Наставлению (допуск 3 м/с), а также - для допусков 1м/с и 2 м/c. Для Московской области показатели COSMO-Ru2 и COSMO-Ru7 были близкими, а в градации допуска 1 м/c эта версия имела более высокую успешность, чем COSMO-Ru7 и все другие технологии. В теплый период все модели имели практически одинаковую успешность;
- оценки прогноз порывов ветра в холодный период 18 м/c и 22 м/с, и в теплый период 18 м/c и < 22 м/с по моделям COSMO-Ru2 и COSMO-Ru7 оказались вполне удовлетворительными. При этом прогнозы COSMO-Ru2 превосходили по критерию предупрежденности прогнозы COSMO-Ru7. В теплый период опасные порывы ветра (22м/с) обе модели прогнозируют малоудовлетворительно; что можно сказать и про синоптико-статистические прогнозы порывов ветра.

Испытания по результатам для Северного Кавказа показали следующее:
- прогнозы температуры воздуха на 12 и 24 ч по модели COSMO-Ru2 оказались лучшими среди всех моделей в холодный период, как и прогнозы на 12 ч в теплый период. Прогнозы температуры в теплый период на 24 ч незначительно уступают по успешности прогнозам других моделей;
- прогноз осадков на 18 ч по модели COSMO-Ru2 оказался лучше всех других, участвующих в сравнении, прогнозов, как в холодный, так и в теплый периоды.
Оценка прогнозов сильных осадков и порывов ветра для этой территории не проводилась.

3.2 ЦМКП считает целесообразным:
- одобрить работу ФГБУ «Гидрометцентр России» по прогнозированию элементов приземной погоды (температуры, ветра, осадков) на основе негидростатической модели атмосферы COSMO-Ru2 для холодного и теплого периодов и развитию высокодетального численного прогнозирования погоды на базе COSMO-Ru2, отметить значимый прогресс, достигнутый в 2016 г.

3.3 ЦМКП рекомендует:
- внедрить в оперативную практику по территории Московской области и ЦФО прогнозы осадков и скорости ветра по СOSMO-Ru2, как дополняющие и детализирующие основной метод прогноза по COSMO-Ru7;
- использовать прогнозы COSMO-Ru2 (температуры, ветра, осадков) по территории Северного Кавказа в оперативной практике в качестве основного численного метода краткосрочного прогноза погоды;
- разработчикам продолжить работу по развитию COSMO-Ru2 с учетом возможностей нового высоко производительного вычислительного комплекса;
- ФГБУ «Гидрометцентр России» продолжить мониторинг успешности прогнозов с очень высоким разрешением, привлекая, как новые способы оценок прогнозов, так и более детальную информацию наблюдений. Результаты мониторинга представить в IV квартале 2017 года.


4. Метод сезонного прогноза ледовитости Баренцева моря заблаговременностью до 10-15 месяцев (ФГБУ «ААНИИ», Г.В. Алексеев, А.Е. Вязилова, Н.Е. Глок, А.В. Смирнов).

4.1 ЦМКП отмечает, что:
Метод сезонного прогноза ледовитости Баренцева моря основан на определяющей роли океанического влияния на ледовитость Баренцева моря, которое определяет связь ледовитости с региональными и удаленными аномалиями температуры воды (ТПО) в Атлантическом океане и запаздывание реакции ледовитости на аномалии ТПО. Для выделения предсказуемой климатической составляющей в межгодовой изменчивости ледовитости с февраля по июль, оценки ее связи с аномалиями ТПО и построения прогностической модели использованы методы многомерного корреляционного анализа, ЕОФ-разложения и регрессионного анализа. Оценки качества метода по ретроспективным прогностическим расчетам при допустимой ошибке, равной среднеквадратическому отклонению среднемесячных значений площади морского льда, показала оправдываемость прогнозов в пределах 75 – 88 %, и эффективность 9 – 25 %. Проверка модели на независимом периоде (2014-2016 гг.) выявила два не оправдавшихся прогноза (в феврале 2014 и в марте 2016 г.). Таким образом, оправдываемость метода на независимых данных составила 89%. Разработанный метод позволяет составить прогноз площади морского льда в Баренцевом море с заблаговременностью от 10 до 15 месяцев.

Вместе с тем, отмечена неполная проработанность физического обоснования связей аномалий ТПО в выделенных районах с площадью морского льда в Баренцевом море и недостаточный объем экзаменационной выборки для характеристики несмещенности оценок прогноза.

4.2 ЦМКП считает целесообразным:
- одобрить работу ФГБУ «ААНИИ» по созданию метода сезонного прогноза ледовитости Баренцева моря заблаговременностью до 10-15 месяцев,.

4.3 ЦМКП рекомендует:
- ФГБУ «ААНИИ» учесть высказанные на заседании ЦМКП замечания для совершенствования метода прогноза и осуществить испытания разработанного метода в режиме кросс-валидации;
- представить результаты испытаний на заседании ЦМКП в четвертом квартале 2017 года.


5. Метод прогноза ветрового волнения в арктических морях России с детализацией в шельфовых зонах на основе мульти-грид версии спектрально-параметрической модели ФГБУ «ААНИИ» - AARI-PD2multi (ФГБУ «ААНИИ» В.И. Дымов, Т.А. Пасечник, В.В. Алексеев, П.В. Коробов).

5.1. ЦМКП отмечает, что:
Разработанный в ФГБУ «ААНИИ» метод прогноза ветрового волнения для арктических морей России учитывает специфические особенности региона: постоянно меняющиеся ледовые условия и обширные зоны мелководья (до 9-ти вложенных сеток).

Метод представляет собой технологию, в основе которой лежит предыдущая версия авторской спектрально-параметрической модели ветрового волнения (AARI-PD2), базируется на следующих основных исходных данных:
а) детальная батиметрия в узлах расчетных сеток модели;
б) гридированные данные приземного атмосферного давления на уровне моря или ветра на 10-и метровом горизонте, а также температуры воздуха на 2-х метровом горизонте различных мировых центров погоды;
в) ежедневное усвоение моделью спутниковых многоканальных микроволновых данных (SSM/I) по общей сплоченности морского льда и уточнение по реанализу NOAA и ААНИИ (ранее использовались осредненные за много лет по месяцам данные о ледяном покрове).

Качество методики оценивалось по результатам верификации модели по инструментальным данным измерений норвежского буя в Баренцевом море и двух ADCP в Карском море. Получены хорошие статистические оценки сопоставления модели с ними и оправдываемости (от 92% на первые сутки и до 75% - на третьи), удовлетворяющие требованиям по прогнозам наставления о службе прогнозов.

5.2 ЦМКП считает целесообразным:
- одобрить работу ФГБУ «ААНИИ» по созданию метода прогноза ветрового волнения в арктических морях России с детализацией в шельфовых зонах.

5.3 ЦМКП рекомендует:
- ФГБУ «ААНИИ» уточнить блок трансформации волнения на мелководье;
- ФГБУ «ААНИИ» подготовить предложения по внедрению метода в качестве основного в оперативную практику в ФГБУ «Гидрометцентр России» после уточнения блока трансформации волнения на мелководье. Согласованные предложения ФГБУ «ААНИИ» и ФГБУ «Гидрометцентр России» представить на заседании ЦМКП.


6. Метод среднесрочного численного прогноза ледовых условий для летнего и зимнего периодов в Баренцевом и Карском морях заблаговременностью 1-7 суток (ФГБУ «ААНИИ» Клячкин С.В., Гузенко Р.Б., Май Р.И.).

6.1 ЦМКП отмечает, что:
В ФГБУ «ААНИИ» разработан метод прогноза распределения льдов в Баренцевом и Карском морях заблаговременностью 1-7 суток.

Метод представляет собой численную реализацию динамико-термодинамической модели лед-океан, включающей уравнения баланса тепла, солей, количества движения, турбулентности, неразрывности. Вертикальная структура океана описывается с помощью фиксированного количества слоев переменной толщины. В модели океана реализовано разделение на баротропную и бароклинную составляющие, модель ледяного покрова основана на вязко-пластической параметризации реологии.

Метод базируется на использовании обзорных и/или детализированных ледовых карт Баренцева и Карского морей, прогнозах приземного атмосферного давления и температуры воздуха в регулярной сферической сетке, среднемесячных полях температуры и солености воды на стандартных горизонтах.

Качество методики оценивалось по результатам дополнительных испытаний, проведенных в 2016 г. с новым, более совершенным океанским блоком. Оправдываемость прогнозов составила в среднем 92-94% при положительной эффективности в среднем от 1,5 до 5,3%.

Оценки достоверности прогнозов, полученные по результатам испытаний 2016 г. с новым океанским блоком, показали определенное улучшение показателей по сравнению с предшествующими результатами с упрощенной моделью океана.

6.2 ЦМКП считает целесообразным:
- одобрить работу ФГБУ «ААНИИ» по созданию метода среднесрочного численного прогноза ледовых условий для летнего и зимнего периодов в Баренцевом и Карском морях заблаговременностью 1-7 суток.

6.3 ЦМКП рекомендует:
- внедрить метод среднесрочного численного прогноза ледовых условий для летнего и зимнего периодов в Баренцевом и Карском морях заблаговременностью до 1-7 суток в оперативную практику ФГБУ «ААНИИ».


Руководитель Росгидромета
А.В. Фролов


© Методический кабинет Гидрометцентра России