Результаты испытания комплексного метода прогноза перемещения и интенсивности тропических циклонов в северо-западной части Тихого океана с заблаговременностью до 72 ч

Комплексный метод прогноза перемещения и интенсивности тропических циклонов (ТЦ) северо-западной части Тихого океана с заблаговременностью до 72 ч предназначен для выпуска прогностической продукции с дискретностью 12 ч.

Схема единого прогноза тайфунов основана на использовании аналоговой модели ДВНИГМИ и проведении расчетов прогноза на основе прогнозируемых параметров тайфунов, получаемых через Мировую сеть Интернет из ряда региональных метеорологических центров: RSMC (Regional Specialized Meteorological Center Tokyo Typhoon Center), JTWC (U.S. Naval Pacific Meteorology and Oceanography Center/Joint Typhoon Warning Center, Pearl Harbor, Hawaii), VHHH (Hong Kong Observatory), BABJ (Китайская метеорологическая администрация) и RKSL (Корейская метеорологическая организация).

Единый прогноз параметров тайфуна представляет собой средневзвешенное значение из шести прогнозов:


где:

АЕДИНЫЙ - прогнозируемый параметр тайфуна (широта, долгота, минимальное давление, максимальный ветер, радиус зоны ветров 30 узлов и более, радиус зоны ветров 50 узлов и более) по единому методу прогноза;

АRSMC АJTWC АBABJ АДВНИГМИ АVHHH АRKSL - прогнозируемые параметры тайфуна по единому методу прогноза от RSMC, ДВНИГМИ и других региональных метеорологических центров;

К, - К - веса параметров тайфуна (широта, долгота, минимальное давление, максимальный ветер, радиус зоны ветров 30 узлов и более, радиус зоны ветров 50 узлов и более);

Р, - Р - коэффициенты наличия параметров тайфуна (Р=1 при наличии прогноза и Р=0 при отсутствии прогноза параметра тайфуна).

Весовые коэффициенты параметров определяются как отношение минимальной ошибки прогнозируемого параметра по прогнозам от RSMC, JTWC, VHHH, BABJ, RKSL и ДВНИГМИ к средней ошибке прогноза от соответствующего центра RSMC, JTWC, VHHH, BABJ, RKSL и ДВНИГМИ.

Определение весовых коэффициентов для каждого центра тропического циклона и методов ДВНИГМИ проведено на принципах оценки ошибки прогнозов для синхронной выборки дат прогнозов отдельно для участков траектории при нахождении тропического циклона соответственно к югу от 25 градусов северной широты и отдельно для участков траектории при нахождении тропического циклона к северу от 25 градусов северной широты.

Оперативные испытания комплексного метода прогноза перемещения и интенсивности тропических циклонов в северо-западной части Тихого океана проводились в отделе метеорологических прогнозов погоды Гидрометцентра Приморского УГМС в 2009г., а расчет характеристик успешности прогнозов осуществлялся в ОМТЦ ДВНИГМИ по разработанным ЭВМ-программам. Всего за период испытания в северо-западной части Тихого океана сформировалось 22 тропических циклона), что ниже нормы почти на 13%. Одиннадцать тайфунов при этом вышли в умеренные широты. Однако выход тропических циклонов на территорию Приморского края отсутствовал, а на акваторию Японского моря выходил лишь один циклон - 0911. Тропический циклон 0908 развивался со 2 августа по 14 августа 2009 г., максимальной стадии развития он достиг 7 августа. При этом давление в его центре составило 945 гПа, скорость ветра достигала 41 м/с. На акватории Японского моря циклон находился уже в стадии внетропического циклона с давлением в центре больше 998 гПа.

В соответствии с [1] для определения качества прогноза перемещения ТЦ вычислялись показатели, характеризующие ошибки в положении центров ТЦ, скорости и направления их перемещения. Ошибки в положении ТЦ определяют следующие показатели успешности:



Погрешности в прогнозах направления перемещения ТЦ характеризует:



Допустимые ошибки при прогнозах перемещения тропических циклонов являются:



Для установления надежности методов прогноза эволюции ТЦ необходимо использовать статистические показатели успешности, предназначенные для оценки качества прогноза давления и ветра. В частности, для определения успешности прогноза изменения давления в центре ТЦ используются следующие статистические характеристики:



В рекомендациях, изложенным в [1], оценка оправдываемости прогноза максимального ветра в циклонах производится с использованием тех же характеристик, что и для оценки оправдываемости давления в центре. Эти оценки рассчитываются по тем же формулам, но вместо показателей давления подставляются показатели ветра. При этом дополнительно представлены сведения об оправдываемости прогноза ветра в соответствии с действующим в 2009 г. Наставлением [4].

Прогноз максимального ветра в тропическом циклоне оценивается на 100%, когда фактическая скорость ветра отличается от крайних пределов прогностической скорости не более чем на 20%. Если отличие составляет более 20%, то оценка оправдываемости прогноза равна 0%.

Когда скорость ветра в прогнозе предусматривалась менее чем установлено по критерию ОЯ, а фактически она достигла градаций ОЯ, то допуск 20%, указанный выше, не должен использоваться - оценка этого прогноза ветра равна 0%.

Когда скорость ветра в прогнозе давалась в градации неблагоприятного явления для отрасли экономики, (например, 12-17 м/с - НЯ), то при оценке используется допуск 20% только для максимального значения скорости (т.е. к 17 м/с).

В рекомендациях, изложенных в [1], оценка оправдываемости прогнозов зон ветров с интенсивностью более 30 узлов (15 м/с) и с интенсивностью более 50 узлов (25 м/с) не приводится, так как аналогов разработанным в настоящей работе прогнозам ранее в отечественной практике не существовало.

Согласно [1], испытание новых методов прогноза перемещения и эволюции ТЦ производится в сравнении с другими расчетными методами аналогичного прогноза, а также в сравнении с инерционными прогнозами перемещения и эволюции ТЦ.

В основу инерционного прогноза ТЦ берется гипотеза, согласно которой суммарный эффект всех сил, направляющих ТЦ в течение некоторого прошедшего периода, продолжает действовать в течение такого же будущего периода. В силу указанного предположения инерционный прогноз представляет собой линейную экстраполяцию движения ТЦ на последующий период времени. В зависимости от вида интерполяции различают инерционные прогнозы первого и второго порядка.

Инерционному прогнозу первого порядка присущи однородные (постоянные) скорость и направление перемещения ТЦ в течение прошедшего и будущего периодов. Инерционный прогноз второго порядка учитывает изменение (увеличение и уменьшение) скорости, а также изменение направление движения ТЦ в течение прошедшего периода и соответственно этому - изменение в будущий период.

Результаты оперативных испытаний прогнозов перемещения и эволюции тропических циклонов инерционным и комплексным методом в западной части Тихого океана за 2009 г. при нахождении циклона на момент прогноза к югу от 25 градусов с.ш., а также при нахождении циклона на момент прогноза к северу от 25 градусов с.ш., представлены в таблицах 1-5.

Анализ таблицы 1 показывает, что при любой заблаговременности прогнозов метод дает хороший результат. Средняя ошибка прогнозов положения центров тропических циклонов при заблаговременности прогнозов до 24 ч не превышает 111 км при нахождении циклона на момент прогноза к югу от 25 градусов с.ш. и 168 км при нахождении циклона на момент прогноза к северу от 25 градусов с.ш. При заблаговременности 48 ч - 196 и 246 км соответственно и при заблаговременности 72 ч - 300 км и 433 км. Следует отметить, что при заблаговременности прогнозов до 48 ч в большинстве случаев (от 99% при заблаговременности 12 ч, до 59% при заблаговременности 48 ч при нахождении циклона на момент прогноза к югу от 25 градусов с.ш, а при нахождении циклона на момент прогноза к северу от 25 градусов с.ш. от 92% при заблаговременности 12 ч, до 52% при заблаговременности 48 ч), ошибка прогноза не превышает 200 км. При большей заблаговременности возрастает число случаев, когда эта ошибка превышает 200 км и в среднем разница между прогностическим и фактическим положением тропических циклонов приходится на интервал 201 - 400 км. Максимальное значение ошибок приходится на прогнозы с заблаговременностью до 60 ча при нахождении циклона на момент прогноза к югу от 25 градусов с.ш. и составляет 1802 км и 3884 км для заблаговременности 72 ч. при нахождении циклона на момент прогноза к северу от 25 градусов с.ш.

Анализ ошибок прогнозов скорости перемещения тропических циклонов (таблица 2) указывает на хорошее качество таких прогнозов. Так, при любой заблаговременности прогнозов в подавляющем большинстве случаев (96 - 99 % при нахождении циклона на момент прогноза к югу от 25 градусов с.ш. и 86 - 93% при нахождении циклона на момент прогноза к северу от 25 градусов с.ш.) ошибка прогноза скорости перемещения тропических циклонов не превышает 250 км/сутки. Средняя абсолютная ошибка прогноза уменьшается с увеличением заблаговременности, и наибольшая при заблаговременности 12 ч (102 км при нахождении циклона на момент прогноза к югу от 25 градусов с.ш. и 137 км при нахождении циклона на момент прогноза к югу от 25 градусов с.ш.), что не превышает критерия и свидетельствует о хорошем качестве прогнозов. Значения средней арифметической ошибки скорости перемещения тропических циклонов колеблются от -45 до -25 км/сутки при нахождении циклона на момент прогноза к югу от 25 градусов с.ш., от -64 до 21 км/сутки при нахождении циклона на момент прогноза к северу от 25 градусов с.ш. Знак ошибки свидетельствует о систематическом занижении в большинстве случаев рассчитанной скорости.

Погрешность определения направления смещения тропических циклонов (таблица 3) при любой заблаговременности прогнозов до 72 ч включительно, в большинстве случаев (от 73 до 85% при нахождении циклона на момент прогноза к югу от 25 градусов с.ш. и от 81 до 94% при нахождении циклона на момент прогноза к северу от 25 градусов с.ш.) не превышает 25 градусов. При этом в большинстве случаях повторяемость уменьшается с увеличением заблаговременности прогноза. Средний показатель угла отклонения прогностической траектории от фактической при любой заблаговременности прогнозов равен 8 - 30 градусов. Чаще всего (от 50 до 65% случаев) прогностические траектории отклоняются от фактических вправо при нахождении циклона на момент прогноза к северу от 25 градусов с.ш. и влево (от 42 до 59%) при нахождении циклона на момент прогноза к югу от 25 градусов с.ш.

Итак, качество прогнозов положения тропических циклонов предложенным методом можно интерпретировать как хорошее, при заблаговременности прогнозов до 72 ч включительно. При этом показатели успешности несколько лучше для прогнозов тропических циклонов комплексным методом при нахождении циклона на момент прогноза к северу от 25 градусов с.ш. А также следует отметить, что все показатели надежности прогнозов будущего положения тропических циклонов, предложенным к испытанию методом, превышают аналогичные показатели инерционных прогнозов.

Результаты оперативных испытаний метода прогноза давления в центрах тропических циклонов представлены в таблице 4. Как следует из данных таблицы, абсолютная ошибка прогнозов при нахождении циклона на момент прогноза к югу от 25 градусов с.ш. с увеличением заблаговременности растет от 5,8 гПа до 17,8г Па. Средняя арифметическая ошибка отрицательна для всех прогнозов, следовательно, имеет место занижение прогноза давления в центрах тропических циклонов. Относительная ошибка метода с увеличением заблаговременности уменьшается от 0,85 до 0,68. При нахождении циклона на момент прогноза к северу от 25 градусов с.ш. абсолютная ошибка прогнозов давления в центрах тропических циклонов с увеличением заблаговременности растет от 5,9 гПа до 10 гПа. Средняя арифметическая ошибка также увеличивается от -0,6 (прогноз на 12 ч) до - 7,2 (прогноз на 72 ч), при этом давление в центрах тропических циклонов систематически занижается. Относительная ошибка метода с увеличением заблаговременности уменьшается от 1,18 до 0,5. Оценка прогноза знака изменения давления в тропических циклонах что свидетельствует об удовлетворительном качестве прогноза.

Качество прогнозов максимального ветра в тропических циклонах (таблица 5), рассчитанных для комплексного метода, характеризуют следующие показатели успешности: относительная ошибка уменьшается с увеличением заблаговременности. Средняя арифметическая ошибка прогнозов при нахождении циклона на момент прогноза к югу от 25 градусов с.ш. отрицательна для заблаговременности от 12 до 24 ч, следовательно, имеет место занижение прогноза максимального ветра, а в более поздние сроки его завышение. Средняя арифметическая ошибка при нахождении циклона на момент прогноза к северу от 25 градусов с.ш. с увеличением заблаговременности увеличивается от -0,3 (прогноз на 12 ч) до 2,3 (прогноз на 72 ч) при этом максимальная скорость ветра в центрах тропических циклонов в большинстве случаев завышается. Оправдываемость прогнозов скорости ветра при заблаговременности 12 ч высокая: 86 - 89 %, затем она понижается до 60 - 66% для заблаговременности 72 ч. Качество инерционных прогнозов интенсивности тропических циклонов по всем показателям успешности ниже качества методических прогнозов.

Итак, комплексный метод прогноза положения и интенсивности тропических циклонов в северо-западной части Тихого океана при нахождении циклона на момент прогноза к югу от 25 градусов с.ш., а также при нахождении циклона на момент прогноза к северу от 25 градусов с.ш., позволяет с большой вероятностью рассчитывать будущее положение и интенсивность тропических циклонов с заблаговременностью до 72 ч включительно и по всем показателям имеет преимущество перед инерционными прогнозами. Отмечается некоторое занижение прогностической скорости смещения тропических циклонов по сравнению с фактической. Направление смещения тропических циклонов прогнозируется хорошо, качество прогнозов практически не меняется с увеличением заблаговременности прогнозов, при этом преобладает повторяемость отклонения прогностических траекторий влево от фактических при нахождении циклона на момент прогноза к югу от 25 градусов с.ш. и вправо от фактических при нахождении циклона на момент прогноза к северу от 2 градусов 5 с.ш. Оценка качества прогнозов интенсивности тропических циклонов достаточно высокая, в большинстве случаев имеет место занижение прогноза давления в центре тропических циклонов, а максимальная скорость ветра в центрах тропических циклонов завышается.


Вывод

Качество прогноза положения и интенсивности тропических циклонов в северо-западной части Тихого океана при заблаговременности прогнозов до 72 ч включительно на основе представленного комплексного метода при нахождении циклона на момент прогноза к югу от 25 градусов градусов с.ш., а также при нахождении циклона на момент прогноза к северу от 25 градусов с.ш. за весь период испытаний (2008 - 2009гг.) можно интерпретировать как хорошее. Считаем возможным рекомендовать данный метод для прогноза положения и интенсивности тропических циклонов в северо-западной части Тихого океана в оперативную работу ОМПП ГМЦ Приморского УГМС.


Рекомендации о внедрении

Заслушав и обсудив отчет Сиротенко М.В. о результатах испытаний комплексного метода прогноза перемещения и интенсивности тропических циклонов в северо-западной части Тихого океана с заблаговременностью до 72 ч (автор В.П. Тунеголовец). Технический совет Гидрометцентра Приморского УГМС от 19 января 2010 г. отмечает:
- оперативные испытания проведены в соответствии с принятыми требованиями;
- результаты оперативных испытаний комплексного метода перемещения и интенсивности тропических циклонов в северо-западной части Тихого океана показали хорошую оправдываемость прогноза будущего положения, давления и максимального ветра в центрах тропических циклонов при заблаговременности до 72 ч включительно;
- все показатели надежности метода превышают аналогичные показатели инерционных прогнозов.

Технический совет постановляет:
- одобрить выполненную работу;
- рекомендовать использование комплексного метода прогноза перемещения и интенсивности тропических циклонов в северо-западной части Тихого океана в оперативной практике отдела метеорологических прогнозов погоды Гидрометцентра Приморского УГМС.


Список литературы

1. Методические указания по проведению производственных (оперативных) испытаний новых и усовершенствованных методов гидрометеорологических и гелиогеофизических прогнозов. Рд 52.27.284-91. -Л.: Гидрометеоиздат, 1991 г. 150 С.
2. Груза Г.В., Ранькова Э.Я. Вариант схемы отбора и оценки групповых аналогов на ЭВМ М-222. - Труды ВНИИГМИ-МЦд, 1977, вып. 35, с. 11-21.
3. Груза Г.В., Ранькова Э.Я., Эстерле ГР. Схема адаптивного статистического прогноза с использованием группы аналогов. - Труды ВНИИГМИ-МЦд, 1976, вып. 13, с. 5-25.
4. РД 52.88.629 -2002.Наставление по краткосрочным прогнозам погоды общего назначения.
34 С.


Авторы

В.П. Тунеголовец, М.В. Сиротенко
ДВНИГМИ


© Методический кабинет Гидрометцентра России