Решение Центральной методической комиссии по гидрометеорологическим и гелиогеофизическим прогнозам от 25 мая 2015 г.

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

1. Глобальный прогноз полей метеоэлементов в свободной атмосфере на стандартных изобарических поверхностях и поля давления на уровне моря на срок до 10 суток с помощью модели ПЛАВ20 (ФГБУ «Гидрометцентр России» и ФГБУН «ИВМ РАН», М.А.Толстых, А.Ю. Юрова, Р.Ю. Фадеев, В.В. Шашкин, Т.В. Красюк, В.Г. Мизяк).

1.1. ЦМКП отмечает, что:
В ФГБУ «Гидрометцентр России» совместно с ФГБУН «ИВМ РАН» разработана глобальная полулагранжева конечно-разностная модель прогноза полей в свободной атмосфере с заблаговременностью до 10 суток (ПЛАВ20). Разрешение модели составляет 0,225 градуса по долготе, разрешение по широте меняется от 0,24 градуса в Южном полушарии до 0,16 градусов в умеренных широтах Северного полушария. Модель имеет 51 расчетный уровень по вертикали (верхний уровень расположен на 5 гПа). Модель ПЛАВ20 представляет собой существенно усовершенствованную версию глобальной оперативной модели ПЛАВ-2008. В блоке решений уравнений динамики атмосферы внедрены локально-консервативные аппроксимации четвертого порядка точности. В блоке параметризаций процессов подсеточного масштаба внедрены параметризация микрофизических процессов в неконвективных облаках, свободно распространяемые параметризации коротко- и длинноволновой радиации (CLIRAD SW и RRTM LW).

Впервые в России достигнуто разрешение глобальной модели численного прогноза погоды, соответствующее мировому уровню (горизонтальное разрешение ПЛАВ20 повышено в 4 раза по сравнению с оперативной моделью ПЛАВ2008). В качестве начальных данных при расчете прогнозов полулагранжевой модели с переменным шагом сетки ПЛАВ используются поля оперативного объективного анализа на стандартных изобарических поверхностях с горизонтальным разрешением 0,5 градусов по долготе и широте (разрешение инкрементов анализа лишь 1.5 градуса). Следует заметить, что объективные анализы температуры и относительной влажности на уровне 2 м и в почве - собственной разработки. Используются также объективные анализы NCEP высоты снежного покрова, температуры поверхности океана. Эти же начальные данные используются и для модели ПЛАВ2008. Модель работает на вычислительной системе РСК «Торнадо» и записывает выходную продукцию в базы системы АСООИ Гидрометцентра SLMA и SLMB. Время расчета прогноза на 24 часа составляет 21 мин на 288 процессорных ядрах.

Оперативные испытания прогнозов полей в свободной атмосфере и давления на уровне моря на основе модели ПЛАВ20 проводились в период с апреля 2014 г. по март 2015 г. по исходным данным за сроки 00 ч и 12 ч ВСВ. Для оценки успешности прогнозов полей геопотенциала, температуры, зональной и меридиональной составляющих скорости ветра на стандартных изобарических высотах, а также успешности прогноза поля давления на уровне моря рассчитывались следующие характеристики: коэффициенты корреляции тенденций, коэффициенты корреляции аномалий, среднеквадратические, средние абсолютные, систематические и относительные ошибки, градиентные ошибки S1. Оценки проводились по полям оперативного объективного анализа Гидрометцентра России (на сетке 1.5°х1.5°). Для всех вышеуказанных величин также рассчитывались средние, среднеквадратические ошибки по данным наблюдений. Оценки проводились по территории внетропической части Северного полушария (20-90° с.ш.), Европы (35-70° с.ш., 0-50° в.д.) и Азии (40-75° с.ш., 50-135° в.д.), внетропической части Южного полушария (20-90 ю.ш.), для следующих полей:
- давление на уровне моря;
- высота стандартных уровней 850, 500, 250 гПа;
- температура на стандартных уровнях 850, 500, 250 гПа;
- ветер (зональная и меридиональная составляющие) на стандартных уровнях 850, 500, 250 гПа.

В период испытаний производилось сравнение успешности прогнозов по данной модели с успешностью прогнозов по глобальной спектральной модели Гидрометцентра России Т339L31, а также с прогнозами зарубежных метеоцентров английского (UKMO), американского (NCEP), немецкого (DWD) и ЕЦСПП (ECMWF).

Отмечена достаточно высокая надежность технологии расчета прогнозов, получаемых с помощью модели ПЛАВ20.
Выявлена более высокая успешность (с учетом статистической значимости) прогнозов давления на уровне моря, геопотенциала поверхностей 250, 500 и 850 гПа, температуры на поверхности 250 гПа, ветра на поверхностях 500 и 250 гПа модели ПЛАВ20 по сравнению с моделью ПЛАВ 2008 для заблаговременностей прогноза от 48 до 144 часов для большинства оцениваемых регионов. Для заблаговременности прогноза 24 часа модель ПЛАВ20 имеет незначительное преимущество перед ПЛАВ2008, за исключением ошибки ветра на уровнях 500 и 250 гПа, где модель ПЛАВ20 имеет заметно меньшие ошибки. Точность прогнозов температуры и геопотенциала на поверхности 850 гПа несколько меньше у модели ПЛАВ20. Преимущество модели ПЛАВ20 перед ПЛАВ2008 выражено сильнее в ошибках по региону Европа, чем в других регионах.

Выявленное преимущество модели ПЛАВ20 по сравнению с ПЛАВ2008 подтверждается также сопоставлением этих же прогнозов с наблюдениями на станциях для регионов Европы и Азии (около 2500 и 1200 синоптических станций и около 80 аэрологических станций).

Дополнительно к программе испытаний оценивался также прогноз «среднего» приземного ветра по отношению к наблюдениям на синоптических станциях. Модель ПЛАВ20 имеет меньшие ошибки «среднего» приземного ветра, чем модель ПЛАВ2008 для всех заблаговременностей прогноза и регионов. Уровень ошибок среднего приземного ветра в целом соответствует среднему мировому уровню.

Продемонстрирована способность модели ПЛАВ20 более точно воспроизводить глубину циклонов по сравнению с моделью ПЛАВ2008.

Отмечена существенно более высокая успешность прогнозов полей геопотенциала, температуры, ветра, давления на уровне моря, рассчитываемых моделью ПЛАВ-20, для всех заблаговременностей, уровней и сроков для всех территорий по сравнению со спектральной моделью T339L31.

Успешность прогнозов модели ПЛАВ20 пока уступает прогнозам большинства ведущих прогностических центров мира.

1.2. ЦМКП считает целесообразным:
Одобрить работу по созданию в ФГБУ «Гидрометцентр России» совместно с ФГБУН «ИВМ РАН» глобальной полулагранжевой конечно-разностной модели прогноза ПЛАВ20.

1.3. ЦМКП рекомендует:
- ФГБУ «Гидрометцентр России» использовать модель ПЛАВ20 в качестве основной оперативной глобальной модели среднесрочного прогноза погоды;
- ФГБУ «ГВЦ Росгидромета» обеспечить возможность оперативного расчета прогнозов по модели ПЛАВ20;
- авторам продолжить работы по развитию модели ПЛАВ20, в том числе с целью совершенствования прогноза осадков.


2. Методы краткосрочного (до 72 ч) прогноза экстремальных и срочных значений температуры воздуха у земли, скорости и направления приземного ветра, полусуточных сумм осадков в пунктах ДВ-региона по данным модели WRF-ARW с горизонтальным разрешением 15 км (ФГБУ «ДВНИГМИ», Е.М. Вербицкая).

2.1. ЦМКП отмечает:
Начиная с 2011 г. в Хабаровском ЦГМС-РСМЦ (с 2012 г. в ФГБУ «Дальневосточное УГМС») в оперативном режиме функционирует технология численных мезомасштабных прогнозов на основе модели WRF-ARW.3.4.1 по региону от Западной Сибири до центральных акваторий Тихого Океана и от Арктического побережья Восточной Сибири до Японского моря (7500х6000 км). Технология обеспечивает вычисление метеополей с заблаговременностью до 72 часов с шагом сетки 15 км на 31 вертикальном расчетном уровне. Для работы используются исходные данные NCEP: глобальный прогноз GFS (Global Forecasting System) с шагом 0,5°, получаемый посредством Интернет - технологий. Время счета на вычислителе G-Scale S4700 (0.6 Тфлопс) составляет 3 часа, обработка результатов расчетов - 1 час. Начиная с 2014 г. расчеты выполняются 2 раза в сутки.

Разработчиками технологии выполнена реализация системы оперативных вычислений, включая организацию обеспечения исходными данными, разработку скриптов запуска программ, систему предоставления результатов пользователям. Выполнен подбор комплекса модельных параметризаций. Разработаны программы и технологии расчета оценок успешности прогнозов.

В настоящее время на основе рассматриваемых прогнозов для всего региона для каждого УГМС (Дальневосточное, Забайкальское, Камчатское, Колымское, Приморское, Сахалинское, Чукотское, Якутское) вырабатывается набор прогностических материалов: карты и текстовые таблицы прогнозов по заданным пунктам УГМС.

За время эксплуатации технологии специалистами перечисленных УГМС было отмечено существенное повышение информативности выходной продукции численных прогнозов погоды (ЧПП) в сравнении с имеющимися ранее возможностями, предоставляемыми другими технологиям ЧПП. Большое значение имеет выявленная высокая успешность прогнозов приземного ветра и осадков, времени прохождения фронтов, образования потенциально опасных погодных ситуаций.

Испытания технологии проводились с 1 января по 31 декабря 2014 года в ФГБУ «Дальневосточное УГМС». Проведены испытания методов краткосрочного (до 72 ч) прогноза экстремальных и срочных значений температуры воздуха у земли, скорости и направления приземного ветра, полусуточных сумм осадков в пунктах ДВ-региона. Испытания проведены в полном объеме в соответствии с Методическими указаниями по проведению производственных (оперативных) испытаний новых и усовершенствованных методов гидрометеорологических и гелиофизических прогнозов (РД 52.27.284 – 91).

Испытания проводились путем сравнения прогнозов в близлежащих узлах вычислительной сетки с данными измерительной сети всех перечисленных выше УГМС региона. Были получены оценки для различных сезонов с осреднением для территории каждого УГМС.

На основе испытаний были получены количественные критерии успешности прогнозов. Выявлена большая изменчивость успешности прогнозов между различными регионами - зонами ответственности различных УГМС с четко выраженным сезонным ходом метеорологических элементов погоды.

Выявлено, что для прогнозов приземной температуры наблюдается снижение успешности прогнозов в зимние месяцы во внутриматериковых регионах (до 50%). В летние месяцы в ряде прибрежных регионов оправдываемость таких прогнозов близка к 100%. Выявлены особенности поведения успешности прогнозов на различные сроки внутри суток при общем тренде снижения качества к 3-м суткам прогноза.

Прогнозы полусуточных сумм осадков имели наилучшее качество осенью, худшее – летом, при этом минимальное значение общей оправдываемости прогнозов наблюдалось на территории Сахалинского УГМС (71 – 78 %), а максимальное – на территории Забайкальского (85 – 89 %) и Приморского (82 – 86 %). Максимальное значение критерия Пирси-Обухова получено для территории Приморского УГМС (0.52 – 0.62), минимальное – на территории Колымского УГМС (0.32 – 0.46).

Прогнозы значений скорости ветра имели высокую успешность для большинства территорий региона (в летний период – для всех территорий, со значениями общей оправдываемости до 90 -100 %), что позволяет рекомендовать их к использованию в оперативной практике УГМС ДВ-региона в качестве основного метода прогноза скорости приземного ветра в целом по территории ДВ-региона. Некоторое снижение успешности данной характеристики (до 60-70 %) было отмечено для береговых территорий Чукотского, Колымского, Камчатского, Сахалинского и Приморского УГМС, преимущественно в холодный период года. Прогнозы направления ветра имели высокие значения оценок успешности осенью: от 80% (заблаговременностью 24 – 36 часов) до 72 % (заблаговременностью 60-72 часа) и наименьшие весной и летом: от 76-78% (заблаговременностью 24 часа) до 65% (заблаговременностью 60 – 72 часа).

2.2. ЦМКП считает целесообразным:
- одобрить работу ФГБУ «ДВНИГМИ» по разработке оперативной технологии расчета прогнозов по модели WRF-ARW с горизонтальным шагом 15 км, расчету прогнозов элементов погоды по данным модели, разработке технологии расчета оценок качества прогнозов.

2.3. ЦМКП рекомендует:
- ФГБУ «ДВНИГМИ» довести до сведения УГМС ДВ-региона результаты испытаний и рекомендации по использованию прогнозов в оперативной практике;
- УГМС ДВ-региона принять за основу рекомендуемые ФГБУ «ДВНИГМИ» и Техническим советом Дальневосточного УГМС статусы внедрения прогнозов элементов погоды по разработанной технологии на базе модели WRF-ARW;
- авторам продолжить работу по совершенствованию технологии прогноза элементов и явлений погоды на территории Дальнего Востока России с учетом физико-географических и климатических особенностей;
- ФГБУ «ДВНИГМИ» рассмотреть возможность организации поступления продукции по системе COSMO-RU-ENA, функционирующей в ММЦ Москва, в цифровом виде для сравнения и использования результатов.


3. Рассмотрение решений Технических советов УГМС Росгидромета о результатах испытаний методов прогнозов:

3.1. Методы краткосрочного (до 60 ч) прогноза элементов погоды (экстремальных и срочных значений температуры воздуха у земли, скорости и направления приземного ветра, полусуточных сумм осадков) в пунктах территории Забайкалья по данным модели WRF-ARW с горизонтальным разрешением 30 км (ФГБУ «ДВНИГМИ», Е.М. Вербицкая).

Решение технического совета ФГБУ «Забайкальское УГМС» от 26 марта 2015 г.:

Рекомендовать использовать:
- методические прогнозы срочных значений температуры воздуха у земли по пунктам территории Забайкалья в качестве консультативного материала в теплый период года, приземной температуры на предстоящие сутки по территории в качестве вспомогательного материала;
- методические прогнозы суточных экстремумов температуры воздуха у земли в качестве вспомогательного материала по пунктам территории Забайкалья в теплый период;
- прогноз скорости ветра у земли в оперативной практике ФГБУ «Забайкальское УГМС» в качестве вспомогательного метода для прогноза в пунктах и по территории. Прогноз направления ветра зимой и осенью - в качестве консультативного;
- прогнозы полусуточных сумм осадков в пунктах в оперативной практике ФГБУ «Забайкальское УГМС» в качестве вспомогательного расчетного материала.

3.2. Краткосрочный численный прогноз параметров ветрового волнения и динамики вод в Невской губе, восточной части Финского залива по модели SWAN (ФГБУ СПО «ГОИН», Е.А. Захарчук).

Решение технического совета ФГБУ «Северо-Западное УГМС» от 14 марта 2014 г.:
- рекомендовать метод прогноза параметров ветрового волнения по модели SWAN как вспомогательный для составления прогнозов ветрового волнения на акваториях Финского залива, Невской губы и Ладожского озера.

3.3. Гидродинамико-статистический метод прогноза сильных шквалов и максимального ветра градации ОЯ (V 25 м/c) в летний период с заблаговременностью 36 ч (исх. срок 00 ч ВСВ) по ЕТР на основе выходных данных региональной модели Гидрометцентра России (ФГБУ «Гидрометцентр России», Э.В. Переходцева).

Решение секции ученого совета ФГБУ «Гидрометцентр России» от 27 апреля 2015 г.:
- считать испытания метода завершенными, результаты испытаний принять к сведению;
- рекомендовать автору продолжить работу по совершенствованию метода, уделив особое внимание проблеме уменьшения в прогнозе «ложных тревог».

3.4. ЦМКП считает целесообразным:
- одобрить работу ФГБУ «Гидрометцентр России», ФГБУ «ДВНИГМИ» и ФГБУ СПО «ГОИН» по разработке методов прогноза;
- утвердить решения Технических Советов ФГБУ «Забайкальское УГМС», ФГБУ «Северо-Западное УГМС» и ученого совета ФГБУ «Гидрометцентр России» по испытанию и внедрению методов прогноза в оперативную практику.


Руководитель Росгидромета
А.В. Фролов


© Методический кабинет Гидрометцентра России