Решение Центральной методической комиссии по гидрометеорологическим и гелиогеофизическим прогнозам от 21 октября 2011 г.

1. Новая технология объективного анализа на основе метода 3D – VAR (ФБГУ «Гидрометцентр России», М.Д. Цырульников, П.И. Свиренко, В.Е. Горин, М.Е. Горбунов).

1.1. Отметить, что:
1.1.1. В соответствие с Планом испытания и внедрения новых и усовершенствованных методов (технологий) гидрометеорологических прогнозов на 2011г. в ФБГУ «Гидрометцентр России» в период с апреля по сентябрь 2011 г. проводились оперативные испытания новой технологии глобального объективного анализа (OA) метеорологических полей на основе 3D-Var.

1.1.2. Новая схема глобального трёхмерного вариационного усвоения (объективного анализа) данных, реализующая метод 3D-Var, основана на оригинальной и не имеющей прямых аналогов в мировой практике модели пространственных ковариаций на базе трёхмерных фильтров авторегрессии и скользящего среднего. В анализе по методу 3D-Var метеорологические данные усваиваются глобально, что обеспечивает гладкость полей анализа и возможность более эффективного усвоения нелокальных спутниковых наблюдений по сравнению с эксплуатируемой в настоящее время схемой ОА на основе оптимальной интерполяции. Новая схема глобального трёхмерного вариационного ОА позволяет усваивать данные следующих видов метеорологических наблюдений:
- традиционные контактные наблюдения: приземные, радиозондовые, самолётные;
- спутниковые наблюдения: микроволновые с использованием прибора AMSU-A, радиозатменные наблюдения с использованием систем COSMIC, GRAS и GRACE; скаттерометрические наблюдения с использованием системы ASCAT;
ветровые по движению облаков и полям влажности с использованием систем AMV-Geo, AMV-Polar и AMV-Leogeo;
- выполнены работы по подготовке к усвоению данных наблюдений с помощью прибора AMSU-B, содержащих информацию о тропосферной влажности.

1.1.3. Испытываемая схема ОА 3D-Var использовала в качестве первого приближения прогностические поля 6-часового прогноза NCEP (Вашингтон, США).

Пространственное разрешение формируемых полей анализа составляет 0.5 градуса по горизонтали и 38 уровней по вертикали (от 1075 гПа до 0.5 гПа). Разрешение полей приращений анализа по отношению к прогнозу составляет 1.5 градуса.

1.1.4. Новая схема усвоения данных 3D-Var функционирует в экспериментальном режиме на ЭВМ SGI Altix-4700 с 28 января 2011 года (оперативный аккаунт opera3f). Подготовка данных наблюдений для счета схемы ОА осуществлялась на 8-м узле вычислительного кластера ФГБУ «Гидрометцентр России». Время счета комплекта полей ОА на ЭВМ SGI Altix-4700 составляет 7-9 минут. Анализы выпускались 4 раза в сутки за сроки 0, 6, 12, 18 ч. ВСВ с запаздыванием относительно сроков наблюдений не более 2 ч 44 мин. Счёт прогнозов по модели ПЛАВ с использованием новой схемы ОА и запись прогностических полей в базы данных (БД LA3F) выполнялись на ЭВМ SGI Altix-4700 с 27 марта 2011 г.

1.1.5. В период с 16 апреля по 4 сентября 2011 г. были получены и обработаны данные по 475 срокам наблюдений (из общего количества 568 сроков - 142 дня). При расчёте полей ОА за указанный период было выявлено 33 сбоя, причем некоторые сбои приводили к отказам расчёта анализов за несколько последовательных сроков. Были выявлены следующие причины сбоев:
- сбои в работе ЭВМ Altix-4700 - 12 случаев или 36 % от общего числа сбоев;
- сбои в работе 8-го вычислительного узла - 3 случая или 9 %;
- отсутствие полей первого приближения в БД NCMN - 7 случаев или 21 %;
- сбои в работе базы данных анализов (БД F385) - 1 случай или 3 %;
- сбои в новой схеме анализа - 3 случая или 9 %;
- сбои по неустановленным причинам - 7 случаев или 21 %.

1.1.6. Испытания проводились следующим образом. Оценка качества новой схемы ОА проводилась путем оценки качества прогнозов, рассчитываемых на основе получаемых с помощью этой схемы полей ОА. Для получения оценок была использована оперативная глобальная полулагранжева модель ПЛАВ, как лучшая глобальная модель Гидрометцентра России. С использованием модели ПЛАВ за каждый срок рассчитывались два варианта прогнозов:
- прогнозы с использованием эксплуатируемой оперативной схемы ОА (оперативные прогнозы);
- прогнозы с использованием новой схемы OA.

Используя полученные прогностические поля, была проведена оценка качества прогнозов с привлечением данных измерений на станциях (для приземных полей - метеорологические станции, для полей в свободной атмосфере – аэрологические станции). Данные на станциях были предварительно проконтролированы.

Были получены оценки для прогнозов, стартующих от исходного срока 00 ч ВСВ на срок до 72 ч для двух территорий - Европы и Азии для следующих полей: давление на уровне моря, приземные поля температуры и ветра, поля геопотенциала, температуры и ветра на уровнях 850, 500 и 250 гПа. Дополнительно была проведена оценка прогнозов осадков, полученных для обоих вариантов счета модели ПЛАВ по станциям Европейской территории России. Для сравнения по той же методике были получены оценки и зарубежных глобальных моделей - UKMO (Великобритания) и NCEP (США).

Период оценки - с 16 апреля по 13 сентября 2011 г.; для полей приземной температуры и осадков - с 9 августа по 13 сентября 2011 г.
Отметим, что из-за технических и технологических причин часть прогнозов не была просчитана и не участвовала в оценке.

1.1.7. Результаты сравнения позволяют сделать следующие основные выводы:
- Прогнозы по модели ПЛАВ, стартовавшей от нового OA, по всем метеоэлементам на всех уровнях по обеим территориям оценки оказались несколько лучше, чем оперативные прогнозы по той же модели (стартовавшие с оперативного ОА).
Наибольшее преимущество новая схема ОА обеспечила для прогностических полей давления на уровне моря и приземной температуры. Среднеквадратическая ошибка прогнозов давления на уровне моря для территории Европы уменьшилась на 0,3 – 0,6 гПа, а геопотенциала – на 0,2 – 0,3 дам; для приземной температуры среднеквадратическая ошибка уменьшилась на 0,9 – 1,1 С, а в свободной атмосфере – на 0,1 – 0,3 С; прогнозы ветра на всех уровнях улучшились незначительно; прогнозы осадков при использовании обеих схем ОА по успешности оказались практически одинаковыми.

1.2. ЦМКП считает необходимым:
1.2.1. Одобрить работу ФБГУ «Гидрометцентр России» по созданию новой схемы объективного анализа с использования метода 3D-Var и технологии на ее основе для решения оперативных задач, возложенных на Росгидромет.

1.2.2. Рекомендовать ФБГУ «Гидрометцентр России», ФБГУ «ГВЦ Росгидромета» принять необходимые меры для обеспечения надежного выпуска продукции ОА, включая повышение технологичности программного комплекса ОА 3D-Var, организацию счета ОА 3D-Var на двух вычислительных платформах (для обеспечения «горячего» резервирования).

1.2.3. Рекомендовать новую схему ОА 3D-Var к внедрению в опытную эксплуатацию в ФБГУ «ГВЦ Росгидромета», ФБГУ «Гидрометцентр России» после проведения работ по обеспечению достаточной надежности выпуска продукции.

1.2.4. ФБГУ «Гидрометцентр России» продолжить мониторинг показателей качества ОА 3D-Var, включая оценку надежности выпуска продукции. Результаты мониторинга представить на заседании ЦМКП во 2 квартале 2012 года для принятия решения о вводе технологии ОА 3D-Var в оперативную эксплуатацию.

1.2.5. Рекомендовать авторам продолжить работу по совершенствованию технологии ОА 3D-Var и созданию системы циклического усвоения данных наблюдений на основе оперативных гидродинамических моделей ФБГУ «Гидрометцентр России».


2. Сравнительная оценка успешности прогнозов элементов погоды на основе ряда отечественных и зарубежных моделей атмосферы различного масштаба (ФБГУ «Гидрометцентр России», докладчик А.Н. Багров).

2.1. Отметить, что:
2.1.1. В соответствие с Планом испытания и внедрения новых и усовершенствованных методов (технологий) гидрометеорологических прогнозов на 2010 и 2011гг. в ФБГУ «Гидрометцентр России» в период с октября 2010г. по сентябрь 2011г. были продолжены оперативные испытания прогнозов метеоэлементов на основе ряда отечественных и зарубежных моделей атмосферы различного масштаба.

В сравнении участвовали следующие модели:
- 4 зарубежные глобальные модели:
1) UKMO (Великобритания),
2) NCEP (США),
3) DWD (ФРГ),
4) JAPA (Япония);
- 3 отечественные глобальные:
5) T85L31 (спектральная),
6) T169L31 (спектральная усовершенствованная),
7) PLAV (полулагранжева);
- одна региональная модель:
8) Regi;
- 6 мезомасштабных зарубежных моделей.

2.1.2. Сравнительная оценка прогнозов проводилась по сезонам года (в холодный период с октября 2010 г. по март 2011 г. и в теплый период с апреля по сентябрь 2011 г.). Дополнительно впервые была проведена оценка прогнозов порывов ветра по моделям NCEP, COSMO.RU и WRF-ARW-3км летом 2011г. При этом оказалось, что в некоторой части станций (~15%) Европейской территории России отсутствуют сведения о порывах ветра (в сводках в коде КН-01). Наличие информации о порывах ветра проверялось за весь период 2009-2011 гг. Передача информации о порывах ветра с автоматических метеостанций по имеющимся сведениям в настоящее время не предусматривается.

2.1.3. У некоторых моделей имелся значительный пропуск прогнозов по техническим и технологическим причинам. Ввиду длительности расчета прогнозов по модели WRF-ARW-3км исходным сроком прогноза для нее являлся 12 ч ВСВ предыдущего дня, а оценка делалась на общих основаниях с другими моделями, стартовавшими от 00 ч ВСВ.

2.1.4. В качестве начальных и граничных условий для расчета экспериментальных мезомасштабных прогнозов использовались данные NCEP (США), а для модели COSMO.RU – данные DWD (ФРГ);
- модель COSMO.RU (отв.Г.С. Ривин) в основном удовлетворяет требованиям оперативной практики в части надежности и своевременности поступления прогнозов;
- высокопроизводительный вычислительный комплекс ГВЦ практически не может обеспечить регулярность и своевременность расчетов прогнозов по модели WRF –ARW-3км;
- оценка успешности прогнозов выполнялось по данным сети метеорологических станций Европейской части России (территория 45° – 65° с.ш., 27° – 57° в.д. на которой находится ~ 430 станций) по исходным данным за 00 ч ВСВ;
- методика сравнения предусматривала оценку прогнозов давления, приземной температуры воздуха, точки росы, ветра и осадков.

2.1.5. Результаты сравнения показали следующее:
- экспериментальные мезомасштабные модели при сравнении с отечественными глобальными моделями общей циркуляции атмосферы показали меньшие абсолютные ошибки прогноза приземной температуры воздуха на 0,3° - 0,8° С;
- прогнозы осадков по модели COSMO.RU оказались наиболее успешными среди всех рассматриваемых моделей (включая зарубежные);
-прогнозы давления на уровне моря, температуры воздуха и «среднего» ветра по модели COSMO.RU пока недостаточно успешны;
-прогнозы давления на уровне моря, температуры воздуха и «среднего» ветра по модели WRF-ARW-3км оказались несколько лучше, чем по модели COSMO.RU (особенно в летний период 2011 г.), а прогнозы осадков – несколько хуже; - прогнозы порывов ветра по всем трем моделям пока недостаточно успешны;
- как и ранее при прогнозировании температуры воздуха и осадков наилучшие результаты показали экспериментальные прогнозы на основе ансамблевого подхода (UKMO, NCEP, JAPA, СOSMO.RU).

2.2. Одобрить работу ФБГУ «Гидрометцентр России» по выполнению сравнительной оценки модельных прогнозов различного пространственного разрешения и отметить важность полученных результатов.

2.3. Рекомендовать ФБГУ «Гидрометцентр России»:
- продолжить работу по развитию и оперативной эксплуатации отечественных и зарубежных экспериментальных мезомасштабных моделей атмосферы с целью повышения качества прогнозов, а также для возможности прогнозирования опасных природных гидрометеорологических явлений и резких изменений погоды;
- продолжить дальнейшую сравнительную оценку краткосрочных прогнозов метеорологических величин на основе модельных прогнозов различного масштаба, обращая главное внимание на оценку прогнозов порывов ветра и сильных осадков;
- провести расширенный мониторинг поступления информации о порывах ветра со станций, включая автоматические метеостанции, выполнить детальный их анализ и результаты анализа представить в УГТР Росгидромета (В.М.Трухину).


3. Прогноз приземной температуры, ветра и осадков для 17 областных городов ЦФО с заблаговременностью 84 ч (ФБГУ «Гидрометцентр России», Л.В. Беркович).

3.1. Отметить, что:
3.1.1. Прогноз приземной температуры, ветра и осадков для 17 областных городов ЦФО основан на комплексном использовании результатов гидродинамических прогнозов ряда отечественных и зарубежных прогностических моделей. В перечень прогностических моделей входят:
- полусферная модель автора в различной конфигурации (разрешение, физическое наполнение, начальные данные и др.);
- ЕТА-модель для Европейской территории России;
- WRF-модель;
- модель EXETER (Великобритания);
- модель NCEP (США).

Прогнозы по моделям EXETER и NCEP берутся в готовом виде – как они поступают по каналам связи; прогнозы по остальным моделям рассчитываются в основном на персональном компьютере с использованием полей оперативного объективного анализа Гидрометцентра России.

Окончательные результаты прогнозов рассчитываются путем осреднения прогнозов по различным моделям с учетом статистической коррекции для различных сезонов, городов, заблаговременностей и метеорологических величин.

3.1.2. Время готовности прогнозов ~7 ч ВСВ.
Испытания результатов прогнозов проводились с 1.10.2010г. по 30.09.2011 г. отдельно для холодного (1.10.2010-31.03.2011 г.) и теплого (1.04-30.09.2011 г.) периодов для 17 областных городов ЦФО. В испытании дополнительно участвовали прогнозы 7 глобальных моделей и одной региональной, а также прогнозы 5 мезомоделей.

Испытания показали довольно высокую успешность прогнозов «срочной» температуры воздуха по представленной методике как на ночь, так и на день. Прогноз осадков по факту их выпадения примерно соответствует среднему качеству среди испытуемых моделей, а по количеству осадков – несколько выше среднего. Векторная ошибка при прогнозе «средней» скорости ветра по предложенной методике примерно такая же как в глобальных моделях, но меньше, чем в мезомоделях.

Технологическая линия расчетов прогнозов функционирует в отделе гидродинамических краткосрочных прогнозов погоды ФБГУ «Гидрометцентр России» более 3 лет.

3.2. Рекомендовать использование комлексного прогноза температуры, осадков и ветра для 17 областных городов ЦФО в ФБГУ «Гидрометцентр России» в качестве консультативного метода.

3.3. Рекомендовать автору разработать предложения по обеспечению более раннего поступления прогнозов синоптикам.


4. Метод и технология расчета среднесрочного прогноза температуры воздуха, осадков и индекса пожароопасности на 1-5 суток по административным районам Ханты-Мансийского автономного округа, Алтайского края, Томской и Кемеровской областей (ФБГУ «ЗапСибНИГМИ», авт. М.Я. Здерева).

4.1.Отметить:
- В СибНИГМИ совместно с ГУ «Новосибирский ЦГМС-РСМЦ» и ГУ «Ханты-Мансийский ЦГМС» в 2009 году разработан метод и технология расчета среднесрочного прогноза температуры воздуха, осадков и индекса пожароопасности на 1-5 суток по административным районам Ханты-Мансийского автономного округа, Алтайского края, Томской и Кемеровской областей.
- Технология полностью автоматизирована, расчет прогнозов производится ежедневно в Западно-Сибирском РВЦ в оперативном режиме, выкладывается на Web-страницу и передается по электронной почте синоптикам ЦГМС региона. Технология дополнена представлением расчетов прогнозов основных метеорологических элементов, а также фактического и прогностического показателя пожароопасности в АИС-ресурсе «Погода в реальном времени».
- С 2010 года проводится оценка качества прогнозов.
- Начаты исследования по использованию на первые трое суток выходных данных мезомасштабных гидродинамических моделей.

4.2. Одобрить работу ФБГУ «СибНИГМИ» по интерпретации гидродинамической продукции с целью обеспечения прогнозами территориальных ЦГМС.

4.3. Рекомендовать:
- прогнозы экстремальной температуры и осадков по схеме WSIBMZ использовать в ЦГМС региона в качестве вспомогательного материала в холодном периоде года и как основные расчетные, включая показатели пожароопасности, в теплом периоде года.


5. Метод долгосрочного прогноза ледовых условий по судоходным трассам и портам восточной части Финского залива (ФБГУ «ААНИИ», А.А. Лебедев, В.В. Драбкин).

5.1. Одобрить сокращенный вариант методических указаний долгосрочного прогноза ледовых условий на судоходных трассах и в портах восточной части Финского залива.

5.2. Принять к сведению результаты испытаний метода долгосрочного прогноза ледовых условий для восточной части Финского залива.

5.3. Рекомендовать испытанный метод для практического использования в оперативно-прогностической работе ФБГУ «ААНИИ» в качестве основного.


6. Метод расчета и прогноза распространения нефтяных загрязнений в замерзающих морях (ФБГУ «ААНИИ» - В.В. Становой, И.М. Ашик, И.А. Неелов, К.В. Фильчук).

6.1. Одобрить работу ФБГУ «ААНИИ» по созданию метода и технологии расчета и прогноза распространения нефтяных загрязнений в замерзающих морях.

6.2. Рекомендовать ФБГУ «ААНИИ» провести научный семинар вместе с представителями ФБГУ «Гидрометцентр России», ФБГУ «ГОИН» и других заинтересованных организаций для обсуждения вопросов, связанных с физической обоснованностью модели расчета и прогноза распространения нефтяных загрязнений и возможностью ее обеспечения информацией о гидрологических условиях необходимого пространственного временного разрешения. Провести верификацию составных частей модели приводного ветра, модели течений и уровня, модели льда и модели волнения для каждого из регионов, где предполагается использование модельного комплекса. Для введения технологии в опытную эксплуатацию в первом квартале 2012 года подготовить необходимую документацию, предусмотрев возможность передачи результатов расчета в Ситуационный Центр Росгидромета.


7. Метод и технология расчета и краткосрочного прогноза уровня моря и течений в Северном Ледовитом океане и его морях на основе трехмерной гидродинамической модели совместной циркуляции вод и льдов (ФБГУ «ААНИИ», И.М. Ашик, М.Ю. Кулаков, К.В. Фильчук).

7.1. Отметить, что разработанная в ФБГУ «ААНИИ» трехмерная гидродинамическая модель совместной циркуляции вод и льдов:
- соответствует современному уровню (учитывает влияние бароклинных эффектов, приливов, ледяного покрова) и может служить основой для расчета и прогноза целого комплекса ледово-гидрологических параметров Северного Ледовитого океана и его морей;
- может использоваться для работы в оперативно-прогностическом режиме;
- позволяет с высокой точностью рассчитывать такие важные для планирования и проведения морских операций гидрологические характеристики как колебания уровня моря, течения.

7.2. Одобрить работу ФБГУ «ААНИИ» по созданию метода расчета и краткосрочного прогноза уровня моря и течений в Северном Ледовитом океане и его морях на основе трехмерной гидродинамической модели совместной циркуляции вод и льдов.

7.3. Рекомендовать метод расчета и краткосрочного прогноза уровня моря и течений в Северном Ледовитом океане и его морях на основе трехмерной гидродинамической модели совместной циркуляции вод и льдов к опытному использованию в оперативной практике ФБГУ «ААНИИ» в течение года.

7.4. Рекомендовать ФБГУ «ААНИИ» разработать технологию расчета и краткосрочного прогноза характеристик ледяного покрова в Северном Ледовитом океане и его морях на основе трехмерной гидродинамической модели совместной циркуляции вод и льдов, рекомендовать использовать ГИС технологию для визуализации результатов расчета. Вернуться к рассмотрению технологии на ЦМКП после завершения опытного использования.


8. Информация о переносе сроков рассмотрения на ЦМКП двух методов прогноза, разработанных в ФБГУ «ААНИИ» в связи с временным отсутствием авторов.

8.1. Удовлетворить просьбу ФБГУ «ААНИИ» (письмо от 17.10.2011 г. № 26/01-1691) о переносе рассмотрения на ЦМКП:
- метода прогноза сроков вскрытия и замерзания в низовьях и устьевых участков рек бассейна Карского моря с заблаговременностью до месяца на весну 2012 года в связи с болезнью автора Е.В. Шевниной;
- метода прогноза сроков начала и достижения максимума, а также максимальных уровней весеннего половодья в низовьях и устьевых участках рек бассейна Карского моря с заблаговременностью до 1 месяца (автор В.П. Зимичев и другие) до осени 2012 г., т.к. В.П. Зимичев находится на дрейфующей станции «Северный Полюс – 39».

8.2. Рекомендовать ФБГУ «ААНИИ» представлять ЦМКП материалы испытаний своевременно и в полном объеме.


Руководитель Росгидромета
А.В. Фролов



© Методический кабинет Гидрометцентра России