Результаты сравнительной оценки успешности прогнозов элементов приземной погоды на основе 11 отечественных и зарубежных моделей атмосферы различного масштаба
в период с октября 2007 г. по сентябрь 2008 г.


Выполненная работа является продолжением работы по сравнительной оценке успешности прогнозов на основе отечественных и зарубежных моделей атмосферы различного масштаба, представленной на данном сайте, где приведены результаты сравнения 13 отечественных и зарубежных численных моделей атмосферы за период с июня по сентябрь 2007 г.

В соответствии с решением Центральной методической комиссии по гидрометеорологическим и гелиогеофизическим прогнозам Росгидромета от 22 октября 2007 г. в Гидрометцентре России была продолжена сравнительная оценка успешности прогнозов приземной погоды 11 отечественных и зарубежных численных моделей атмосферы для следующих метеорологических величин и явлений:
- температуры воздуха;
- осадков;
- давления на уровне моря;
- скорости ветра;
- влажность воздуха.

Сравнение выполнялось в период с октября 2007 г. по сентябрь 2008 г. Цель сравнения – определить базовую региональную или мезомасштабную модель, удовлетворяющую требованиям высокого качества выходной продукции, оперативности, технологичности и возможности эксплуатации модели в региональных центрах Росгидромета.

При выполнении сравнения все условия оценки остались прежними (более подробно они описаны в [1]), т.е. оценивались прогнозы, стартующие в 00 ВСВ; заблаговременность прогнозов – до 3-х суток; область оценки - Европейская территория России (ЕТР): 45°-65° с.ш., 27°-57° в.д. Оценка проводилась по данным наблюдений 430 синоптических станций, расположенных на указанной территории, информация которых поступает в Гидрометцентр России. Как и ранее, сравниваются проинтерполированные на станцию билинейным способом из узлов прогностической сетки значения метеоэлемента с фактическими значениями, измеренными на этой станции. Период оценки был разбит на 2 сезона для температуры и осадков: холодный (октябрь – март) и теплый (апрель – август) и взят полностью для остальных метеоэлементов. Материал для оценки оказался весьма большим. Поэтому даты для оценки выбирались не подряд, а с равномерными пропусками, а именно: 3 дня включались, затем 3 дня пропускались и т.д. Это было сделано и для того, чтобы уменьшить влияние коррелированности атмосферных процессов по времени. Дополнительно сделана оценка за сентябрь 2008 г. (без пропусков дат), т.к. в этом месяце оказалось наиболее полное наличие прогнозов по всем моделям.


Оценивались следующие модели:

1. Глобальные
- T85L31 (спектральная модель Гидрометцентра России),
- PLAV–полулагранжева модель с постоянным разрешением (автор М. А.Толстых, Гидрометцентр России),
- UKMO (Великобритания, в г.Exeter находится Метеоцентр Великобритании),
- NCEP (США),
- DVD (ФРГ, в г. Offenbach находится Метеоцентр ФРГ).

2. Региональная
- REGION – региональная модель Гидрометцентра России (автор В.М.Лосев).

3. Мезомасштабные
- ММ5R (отв. К.Г.Рубинштейн, Гидрометцентр России),
- ММ5K (отв. Г.Ю.Калугина, Московское Гидрометбюро),
- ETA-model (отв. И.В.Тросников, Гидрометцентр России),
- WRFZ (отв.Р.Б.Зарипов, Гидрометцентр России),
- WRFJ (отв.В.Д.Жупанов, Гидрометцентр России).

В некоторых таблицах имеются оценки по модели T169L31 (улучшенная глобальная спектральная модель Гидрометцентра России), а также оценки по комплексной схеме Л.В.Берковича (BERK).
Кроме того представлены оценки экспериментальных ансамблевых прогнозов [1] температуры (UKMO+NCEP), (UKMO+NCEP+REGION) и осадков (UKMO+NCEP), (UKMO+NCEP+PLAV).

В таблицах отдельно представлены оценки
- по областным городам Центрального Федерального Округа (ЦФО, 17 станций),
- по 430 станциям Европейской территории России.

В таблицах представлены показатели успешности прогнозов по всем моделям для температуры воздуха (t), давления на уровне моря (p), ветра (w) и температуры точки росы (td). Делался расчет общепринятого набора характеристик качества (обозначения в таблицах 1-12): BIAS, RMS, ABS, OTNO и >3 - соответственно средних, среднеквадратических, средних абсолютных и относительных ошибок, а также процента прогнозов с ошибками больше некоторого порога: С (3 гПа или 3 м/с). N – количество оцененных случаев. Обращаем внимание на тот факт, что по техническим причинам число N для разных моделей неодинаково. Указанное обстоятельство несколько снижает общую достоверность сравнения (модели, где N явно недостаточно, помечены *).

В таблицах  1 ,  2  даны оценки прогнозов p по всем 430 станциям выбранной территории на 24 и 48 ч. Из этих таблиц следует, что наиболее успешны в этом случае прогнозы UKMO и NCEP; несколько им уступают прогнозы по моделям REGION и ММ5К.

В таблице  3  представлены оценки прогнозов приземного ветра на 36 ч по 17 городам ЦФО. Оценивался модуль векторной ошибки скорости ветра (т.е. в этой характеристике учтена как ошибка скорости, так и направления ветра). Из таблицы 3 следует, что наилучшие результаты по прогнозу ветра имеют модели NCEP и DWD. Все мезомодели слегка завышают скорость ветра; это обстоятельство несколько сильнее выражено при прогнозе на 24 и 48 ч, т.е. на ночь (известно, что ночью скорость приземного ветра в среднем меньше, чем днем).

Ошибки в прогнозе Td (таблицы 4, 5) оказались несколько выше, чем при прогнозе температуры воздуха. В некоторых моделях прогноз приземного ветра и влажности не представлен.

В таблицах  6 ,  7 ,  8 ,  9  приведены оценки прогноза температуры воздуха по всем моделям на 36 и 48 ч по ЕТР за холодный и теплый периоды 2007-08 гг. Там же имеются оценки прогнозов по ансамблю (UKMO+NCEP). Оказалось, что как и ранее [1], оценка ансамблевого прогноза для всех заблаговременностей лучше, чем по любой из этих моделей. Отметим неплохие прогнозы по модели REGION (летом прогнозы по моделям WRFZ и WRFJ имеют вроде бы лучшую оправдываемость, однако эти результаты не очень достоверны из-за недостаточного числа случаев).

В сентябре 2008 г. достаточно высокую оправдываемость прогноза температуры воздуха имелит модели REGION, WRFZ и комплексная схема Л.В.Берковича (таблицы  10 ,  11 ,  12 ).

В прогнозах осадков оценивался факт их выпадения осадков с помощью известных критериев (обозначения в таблицах  13 ,  14 ,  15 ,  16 ): U, Uoc, Pir, т.е. общая оправдываемость, оправдываемость прогноза «осадки» (эти значения в %), критерий качества Пирси-Обухова. Из количественных критериев были рассчитаны средняя (cr/os) и средняя абсолютная (ab/os) ошибки прогноза осадков (в мм/12ч). N как и ранее – количество оцененных прогнозов.

Оценка прогнозов осадков проводилась для их заблаговременностей 18, 30, 42, 54 и 66 ч, так как на Европейской территории России измерения полусуточных сумм осадков производятся в 6 и 18 ч ВСВ, т.е. мы подстраивались под сроки измерения количества выпавших осадков. В таблицах  13 ,  14 ,  15 ,  16 ) представлены оценки прогнозов осадков по станциям ЕТР и ЦФО.


Результаты сравнения показали следующее:
- в настоящее время представленные мезомасштабные модели не показали явного преимущества перед успешностью зарубежных глобальных моделей по всем оцениваемым метеорологическим величинам;
- среди отечественных моделей наиболее высокие показатели успешности прогнозов давления на уровне моря и приземной температуры воздуха имела региональная модель атмосферы (автор В.М. Лосев);
- в целом при прогнозировании приземной температуры воздуха наилучшие результаты показали экспериментальные прогнозы с использованием ансамблевого подхода (модели UKMO, NCEP, Регион - автор В.М. Лосев);
- при прогнозировании осадков наилучшие результаты показали экспериментальные прогнозы с использованием ансамблевого подхода (модели UKMO, NCEP, ПЛАВ - автор М.А. Толстых).

Центральная методическая комиссия по гидрометеорологическим и гелиогеофизическим прогнозам Росгидромета в решении от 24 октября 2008 г. рекомендовала Гидрометцентру России в рамках НИОКР на 2009-2011гг.:
- расширить работы по развитию отечественных и зарубежных мезомасштабных моделей атмосферы с целью повышения качества прогнозов, а также для оценки возможности прогнозирования аномальных (опасных метеорологических) явлений и резких изменений погоды на их основе;
- продолжить дальнейшую сравнительную оценку краткосрочных прогнозов метеорологических величин на основе модельных прогнозов различного масштаба и ежегодного представлять результаты на рассмотрение ЦМКП для установления их приоритетов в использовании;
- расширить основную технологию регионального прогноза полей давления на уровне моря, высоты геопотенциала основных изобарических поверхностей и осадков заблаговременностью до 48 ч (автор В.М. Лосев) внедрением прогнозов приземной температуры воздуха;
- обеспечить возможность использования данного вида прогностической продукции в прогностических подразделениях Европейской территории России;
- развивать методологию ансамблевого подхода для всех видов метеорологических прогнозов.

В соответствии с действующей международной практикой и для дальнейшего уточнения прогноза осадков ЦМКП Росгидромета предложила рассмотреть вопрос об организации измерений количества осадков на метеорологических станциях за 6-часовые интервалы времени четыре раза в сутки (вместо двух 12-часовых интервалов).


Литература
Багров А.Н. Сравнительная оценка успешности прогнозов элементов погоды на основе ряда отечественных и зарубежных моделей атмосферы различного масштаба. Информационный сборник. -2008.- № 35. –С. 3-20.


Контакты
А.Н. Багров
Отдел гидродинамических краткосрочных прогнозов погоды ГУ «Гидрометцентр России»
Тел.: 8 (499) 255-21-65
E-mail: bagrov@mecom.ru


© Методический кабинет Гидрометцентра России