Результаты испытания:
- автоматизированного метода альтернативного прогноза осадков с детализацией интенсивности в 3-х градациях (от 11 до 34, от 35 до 49 и 50 мм/12 ч и более) на основе выходных данных региональной модели с заблаговременностью 12 и 24 ч, - автоматизированного метода альтернативного прогноза шквалов с детализацией интенсивности в 3-х градациях (от 20 до 24 м/с, ОЯ и ураганы) на основе выходных данных региональной модели с заблаговременностью 12 и 24 ч


В Курском ЦГМС-Р в летние периоды 2009 и 2010 гг. (с 15 мая до 15 августа) проводились оперативные испытания двух методов:

- автоматизированного альтернативного прогноза осадков с детализацией интенсивности в 3-х градациях (от 11 до 34, от 35 до 49 мм/12ч и 50 мм/12ч и более) на основе выходных данных региональной модели с заблаговременностью 12 и 24 ч (авторы А.А. Алексеева и В.М. Лосев) - далее методический прогноз осадков;
- автоматизированного метода альтернативного прогноза шквалов с детализацией интенсивности в 3 градациях (от 20 до 24 м/c, ОЯ и ураганы) на основе выходных данных региональной модели с заблаговременностью 12 и 24 ч (авторы А.А. Алексеева, В.М. Лосев и Б.Е. Песков.) - далее методический прогноз шквалов.

Методические прогнозы рассчитывались для территории деятельности Центрально-Черноземного УГМС: Курской, Брянской, Белгородской, Орловской, Липецкой, Тамбовской и Воронежской областей.
Для сравнительного анализа успешности указанных методических прогнозов использованы синоптические прогнозы ливней с заблаговременностью 12 и 24 ч и прогнозы ливней, рассчитанных по методу Пантелеева с заблаговременностью 12 ч, (исходный срок расчетов – 00 ВСВ), а также синоптические прогнозы шквалов с заблаговременностью 12 и 24 ч и прогнозы шквалов, рассчитанных по методу Решетова, с заблаговременностью 12 ч (исходный срок – 00 ВСВ) по Курской области.

Испытания в 2009г. проводились в соответствии с рекомендациями РД 52.88.629-2002 и РД 52.27.284-91, в 2010 году – в соответствии с рекомендациями РД 52.27.724-2009 и РД 52.27.284-91, а также в соответствии с «Программой испытания автоматизированных методов прогноза».

Согласно РД 52.88.629-2002 оценка проводилась только для количественных характеристик метеопараметров. Если фактически выпавшие осадки (выбиралось максимальное их количество по каждой области), соответствовали прогностической градации осадков, их оправдываемость и предупрежденность принимались равной 100%, если соответствовали соседним градациям – оправдываемость принималась за 50%, предупрежденность – 0%. В остальных случаях оправдываемость и предупрежденность принимались равными 0%. Прогноз осадков в градациях 11-34 и 35-49 мм/12ч оценивался как одна градация, поскольку в РД 52.27.724-2009 (и в предыдущем Наставлении тоже) такого разделения не предусмотрено.

При оценке прогнозов шквалов учитывался допуск в 2 м/с. Оправдываемость и предупрежденность принимались равными 100%, если фактический ветер соответствовал прогнозируемой градации с допуском ±2 м/с. В остальных случаях показатели успешности равны 0%.

Для вычисления средних величин успешности прогнозов была создана программа в редакторе Excel, благодаря которой все данные проверялись и исправлялись достаточно надежно и окончательные результаты сводились в отдельную таблицу. Для оценки прогнозов шквалов и осадков использовались данные наблюдений всех метеорологических станций и постов территории деятельности Центрально-Черноземного УГМС, а также сообщения, поступавшие от территориальных органов МЧС России, и данные, полученные в результате обследования районов ЧС по запросам потребителей для возмещения нанесенного ущерба при неблагоприятных погодных условиях, при опросе различных организаций.

При этом методический прогноз шквалов и осадков считался оправдавшимся при наличии подобной информации ( цветные цифры в графе фактической скорости ветра или количества осадков). При проведении испытаний в 2010 г. сравнение синоптических и методических прогнозов осадков в градации 11-34мм/12ч стало менее объективным и показательным, поскольку из-за введения нового наставления РД 52.27.724-2009, термин «сильный дождь» стал применяться к осадкам количеством 15-49мм/12ч.

Сводные таблицы с показателями успешности автоматизированного метода альтернативного прогноза осадков с детализацией интенсивности в 3-х градациях (от 11 до 34, от 35 до 49 мм/12ч и 50 мм/12ч и более) на основе выходных данных региональной модели с заблаговременностью 12 и 24 ч (авторы А.А. Алексеева и В.М. Лосев) и автоматизированного метода альтернативного прогноза шквалов с детализацией интенсивности в 3-х градациях (от 20 до 24 м/с, ОЯ и ураганы) на основе выходных данных региональной модели с заблаговременностью 12 и 24 ч (авторы А.А. Алексеева, В.М. Лосев, Б.Е. Песков) по территории деятельности Центрально-Черноземного УГМС, а также таблицы с показателями успешности методических прогнозов в сравнении с синоптическими прогнозами и с применяемыми в оперативной работе методами аналогичного прогноза - метод Пантелеева (сильные ливни) и метод Решетова (шквалы) - для Курской области, представлены отдельно (таблицы 1-8).

Несмотря на некоторую некорректность сравнения (о причинах было сказано выше), приведенные данные говорят пока о преимуществе синоптического метода. Всего синоптических прогнозов и прогнозов по методу Решетова и Пантелеева за этот период было составлено 248, методических прогнозов ливней и шквалов для каждой области – по 245 – с заблаговременностью 12 ч и по 247 – с заблаговременностью 24 ч. В течение всего периодаоперативных испытаний методические прогнозы поступали довольно стабильно. Информация отсутствовала в 2009 г. только в 3 случаях с заблаговременностью 12 ч, и в 1 случае - с заблаговременностью 24 ч.

Средняя оправдываемость методических прогнозов конвективных осадков по региону за весь период по всем градациям составила: на 12 ч и 24 ч – 62%, , предупрежденность случаев с осадками – 44 и 42% соответственно. Критерий Пирси–Обухова для градации 50 мм и более (цифра кода 3) на 12 и 24 ч составил Т=0.30, что свидетельствует о практической значимости методических прогнозов осадков в указанной градации.

Средняя оправдываемость методического прогноза шквалов по региону за весь период по градациям составила: на 12 ч – 56%, на 24 час. – 54%, предупрежденность случаев со шквалами – 72 и 73% соответственно. Критерий Пирси–Обухова для градации 25 м/с, в том числе ураганов (цифры кода 2 и 3) на 12 и 24 ч составил Т=0.35.

Анализ результатов испытаний методических прогнозов по Центрально-Черноземному УГМС показал, что по-прежнему, наиболее низкой величиной является оправдываемость прогнозов с явлением (23-28% - для осадков и 5-9% - для шквалов), что говорит о большом числе «ложных» тревог. Но при этом предупрежденность случаев с явлением для осадков, тоже достаточно низка (37-49%), т.е. не все случаи с явлением были предусмотрены. Для шквалов предупрежденность случаев с явлением оказалась существенно выше — 83-95%.

Сравнительный анализ результатов испытаний для Курской области показал, что синоптические методы прогноза осадков и шквалов, в основном, оправдываются лучше, чем прогнозы по испытываемым методам, а также по методу Решетова для шквалов и методу Пантелеева для сильных ливней. Исключение составляет лишь оправдываемость прогнозов ливней в градации «без явления», где оправдываемость методических прогнозов оказалась на 1-2% выше, чем у синоптических прогнозов (99% - у методического и 98% - у синоптического - в прогнозе на 12 ч, и 100 и 98% соответственно - в прогнозе на 24 ч). Вместе с тем, оправдываемость случаев с явлением была выше у синоптического метода (64 и 58 % на 12 и 24 ч соответственно), чем у методического (26 и 25%), а общая оправдываемость оказалась 62% - у методического прогноза и 81 и 78% (на 12 и 24 ч) - у синоптического. Предупрежденность же по всем градациям с заблаговременностью 12 и 24 ч была значительно выше у синоптического метода.

В целом сравнение синоптических и методических прогнозов показало наличие у последних большего числа «ложных тревог» при недостаточно точной детализации прогноза ОЯ по территории распространения. Причем в 2010 г. количество «ложных тревог» существенно увеличилось по сравнению с 2009 г., что можно объяснить ошибками в подборе параметров конвекции при аномально жарком лете. А в течение всего периода испытаний прослеживается недостаточный учет влияния параметров при мезо- и микропроцессах.

В качестве примера предложен для рассмотрения прогноз на день 28 августа 2010 г.
Автоматизированные методы прогнозировали осадки и шквалы в градациях ОЯ и КМЯ от 00 ч 28 августа 2010 г. по всем областям Центрального Черноземья. Прогнозировались очень сильные дожди количеством более 50мм/12ч и очень сильный ветер в градации «ураган» - (скорость ветра больше или равна 33 м/с).

Синоптическая ситуация фактически складывалась следующим образом. В средней тропосфере над территорией региона располагалась центральная часть высотной фронтальной зоны (ВФЗ), поэтому скорость перемещения барических образований, расположенных на более низких уровнях (циклон прослеживался до высоты 3 км) была очень большой. Приземный циклон за 12 ч (с 00 до 12 ВСВ 28 августа) сместился с запада Республики Беларусь на Смоленскую область и углублялся на 5 мбар у поверхности Земли и на 2-5 гПа на высоте изобарических поверхностей 850 и 700 гПа. Помимо поступательного движения, в циклоне с большой скоростью «разворачивались» атмосферные фронты – сначала фронт окклюзии в теплом секторе, затем один за другим два холодных фронта с волнами. Прохождение основных фронтов в Белгородской, Тамбовской и Воронежской областях наблюдалось в период с 16 до 22 ч 28 августа, т.е. во время максимального развития конвекции. Через остальные области фронтальные разделы переместились в первой половине дня. В Белгородской области днем местами прошли дожди количеством 15-21 мм, отмечался ветер 18-22 м/с, местами выпал град величиной 5-6 мм. В Воронежской и Тамбовской областях прохождение основного фронта пришлось на вечер 28 августа, а поскольку срок действия прогнозов в этих областях начинается в 15 ВСВ или 19 ч (мск), то, по данным наблюдений, дожди в отдельных районах количеством 15-36 мм и ветер скоростью 15-20 м/с вошли в период действия прогноза на ночь 29 августа (На ночь 29 августа 2010г по территории Воронежской, Липецкой и Тамбовской областей прогнозировался дождь количеством 35-49 мм/12час и ветер порывами 25-32 м/с). В остальных областях местами отмечались небольшие и умеренные дожди и грозы.

Из примера видно, что синоптическая ситуация предусмотрена методическим прогнозом правильно, но детализация прогноза по территории рассматриваемых субъектов Федерации оказалась недостаточно точной в виду недостаточно большого горизонтального разрешения региональной модели, поэтому в зоне спрогнозированных явлений ОЯ оказались все области Центрально-Черноземного УГМС, и, кроме того, существенно завышены (практически на две градации) прогностические величины ливней и шквалов на день 28 августа 2010 г. Следовательно, с погрешностью оказалось рассчитано время прохождения и условия обострения фронтальных разделов на конкретной рассматриваемой территории.

О несовершенной детализации прогнозов по региону и в зависимости от синоптической ситуации в испытываемых методах говорит и пример, приведенный в самой Программе испытаний: прогноз на день 13 июля 2007 г.

Примером удачного методического прогноза шквала может служить прогноз на день 13 июля 2010 г. по Курской области. В методическом прогнозе от 12 ч 12 июля 2010 г. заблаговременностью 24 ч в Курской, Белгородской и Брянской областях прогнозировался ветер в градации 25-32 м/с, в остальных областях явлений не ожидалось. В прогнозе от 00 ч 13 июля 2010 г. заблаговременностью 12 ч в Курской и Белгородской областях также ожидался ветер 25-32 м/с, в Брянской, Орловской и Воронежской областях ожидался ветер 20-24 м/с, в остальных областях — без явлений.

Фактически, при активной грозовой деятельности в период максимального развития конвекции, на западе Курской области (М-2 Рыльск с 18 ч 31 мин до 18 ч 45 мин (мск) был отмечен шквал с порывами ветра до 20 м/с, При этом между станциями ветер мог усиливаться до больших значений скорости, т.к. запросы о данных метеорологических наблюдений о ветре в связи со случаями нанесения существенного ущерба строениям поступали именно в указанный период времени. В этом случае методический прогноз хотя и оказался недостаточно детализированным в пространстве (явления давались по нескольким областям, а были только по Курской), но частичная детализация все же прослеживается - наиболее интенсивные явления прогнозировались в той части территории, где они и наблюдались в конечном итоге - на крайнем юго-западе Черноземного региона.

Анализируя случаи с фактически наблюдавшимися ОЯ и КМЯ за исследуемый период можно с уверенностью сказать, что одновременно по всем областям обслуживаемого региона конвективные явления градаций ОЯ или КМЯ (по шквалу или ливням) не достигали.


Выводы и предложения

1. Проведенные оперативные испытания показали необходимость корректировки исходных модельных параметров, используемых в данных методах.
2. Учитывая то обстоятельство, что заблаговременность прогнозов конвективных осадков и шквалов в градации ОЯ и КМЯ является довольно значительной (12 и 24 ч), можно считать данные автоматизированные методы полезными и перспективными для практической деятельности. На данном этапе, с учетом корректировок автоматизированные методы целесообразно использовать в качестве консультативных.
3. Низкая оправдываемость методических прогнозов конвективных осадков и шквалов может быть объяснима недостаточным учетом мезо- и микро масштабных процессов, с которыми часто связаны локальные конвективные ОЯ.
4. Для повышения успешности автоматизированных методов расчета конвективных осадков и шквалов, достижения точности районирования и как следствие – улучшения качества обслуживания потребителей в субъектах РФ, особенно при ОЯ и КМЯ, предлагается увеличить число расчетов с дискретностью 3-6 ч, производя их с постепенным уменьшением заблаговременности, уточнением исходных параметров, а также с увеличением пространственного разрешения по горизонтали для выявления особенностей мезо- и микромасштабных процессов в пределах конкретных территорий.


Авторы

1-ый метод - А.А. Алексеева, В.М. Лосев
2-ой метод - А.А. Алексеева, В.М. Лосев, Б.Е. Песков


Отчет с результатами испытаний подготовили
начальник отдела метеорологических прогнозов ГУ «Курский ЦГМС-Р» Ю.Я.Черногубова,
ведущий синоптик Г.В. Санникова
Тел.: 8 (471) 253-67-06


© Методический кабинет Гидрометцентра России