Метод долгосрочного прогноза валового сбора зерновых и зернобобовых культур по территории ответственности Западно-Сибирского УГМС и результаты его испытания

Общие сведения

Метод долгосрочного прогноза валового сбора зерновых и зернобобовых культур по территории ответственности Западно-Сибирского УГМС разработан в лаборатории агрометеорологических исследований ГУ «СибНИГМИ» в рамках выполнения темы 1.1.5 Плана НИОКР Росгидромета 2007 г.
При разработке метода в качестве исходных данных использовались месячные суммы осадков, запасы продуктивной влаги в почве при последнем осеннем определении, месячные индексы атмосферной циркуляции Вангенгейма-Гирса (количество дней с октября предыду-щего года по февраль текущего года с западной и меридиональной формой циркуляции). Для каждой области (края) рассматриваемой территории были созданы и представлены на испытания по 3 модели с различным набором факторов. Для построения моделей использовалась информация за 50-летний период [1,2]. Заблаговременность прогноза 6 месяцев.


Результаты испытаний

Авторские испытания метода прогноза валового сбора зерновых и зернобобовых культур проводились на независимом материале 2003-2005 гг. Производственные испытания осуществлялись в отделе агрометеорологических прогнозов Гидрометцентра ГУ «Новосибирский ЦГМС-РСМЦ» с привлечением материалов наблюдений Алтайского, Кемеровского и Томского ЦГМС за 2006-2008 гг.
Оценка успешности методических прогнозов валового сбора и урожайности всех зер-новых и зернобобовых культур проводилась согласно Методическим указаниям [3]. На основании [3] и согласно утвержденной программы испытаний методические прогнозы валового сбора и урожайности зерновых и зернобобовых культур сравнивались с инерционными и климатологическим прогнозами. В таблице 1 и 2 приведена оценка успешности указанных прогнозов.

С целью получения более достоверных выводов, анализ оправдываемости прогнозов, составленных по новому методу, проводился за весь период авторских и производственных испытаний с 2003 по 2008 гг.

По результатам авторской проверки методические прогнозы по всем моделям были успешные. Абсолютная ошибка прогнозов урожайности и валового сбора зерновых и зернобобовых культур за годы авторских испытаний (2003-2005 гг.) не превысила допустимую погрешность . При этом оправдываемость прогнозов, составленных по новым моделям, в среднем состави-ла по территории Алтайского края и Томской области 90-94 %, по территории Новосибирской области 88-90 % и по территории Кемеровской области 86-88 %, Указанные оправдываемости превышают оправдываемости климатологических прогнозов на 2-11 % и оправдываемости инерцион-ных прогнозов на 4-14 %.

За период оперативных испытаний (2006-2008 гг.) все методические прогнозы, составленные по территории Новосибирской, Томской области и Алтайского края, оправдывались, т.е. абсолютная ошибка прогнозов не превысила допустимую погрешность . Однако величина относительной ошибки у прогнозов по новому методу в годы производственных испытаний оказалась на 4-12 % больше. Лишь методические прогнозы, составленные по модели 7 для территории Новосибирской области и модели 13 для Алтайского края, включающие в себя метеорологические и агрометеорологические предикторы, в период оперативной проверки имели оправдываемость выше, чем в годы авторских испытаний. Средняя оправдываемость прогнозов по новому методу за 2006-2008 гг. составила по модели 13 (для Алтайского края) 90,8 %, по модели 7 (для Новосибир-ской области) 91,2 %, что на 1-3 % выше средней оправдываемости аналогичных прогнозов за годы авторской проверки.

В среднем за годы производственных испытаний средняя оправдываемость прогнозов по новому методу составила: по Томской области 86-87 %, по Алтайскому краю 82-91 %, по Новосибирской области 85-91 %, что выше оправдываемости инерционных и климатологических прогнозов на 1-16 %.

Из трёх моделей (10, 11, 12), представленных на испытание для прогнозирования урожайности зерновых и зернобобовых культур по территории Кемеровской области лучше сработала модель 10. Из трёх составленных прогнозов, в годы производственной проверки не оправдался методический прогноз, составленный в 2008 г.. Абсолютная ошибка прогноза превысила допустимую погрешность на 1,1 ц/га. Средняя оправдываемость методических прогнозов за годы производственных испытаний (по модели 10) составила 84,3 %, что несколько ниже, чем при авторской проверке (87,4 %), но относительная ошибка прогнозов меньше (11,3 и 12,6 соответственно). Модели 11 и 12 (с W - западной формой циркуляции) в годы оперативной проверки сработали неудачно. Из трёх составленных методических прогнозов не оправдались 2 (прогнозы, составленные в 2007 и в 2008 гг.). Прогнозируемая урожайность оказалась значительно ниже фактической и абсолютная ошибка прогнозов превысила допустимую погрешность . Средняя оправдываемость прогнозов, составленных по моделям 11 и 12, в период производственных испытаний составила 77-78 % и оказалась на 9-11 % ниже, чем в годы авторской проверки, и ниже оправдываемости прогнозов, составленных по 10 модели (с метеорологическими и агрометеорологическими факторами). По сравнению с инерционными и климатологическими прогнозами оправдываемость методических прогнозов по Кемеровской области оказалась ниже на 6-13 % (по всем моделям).

В целом за период, включающий оперативные и авторские испытания, оправдываемость методических прогнозов составила: по Новосибирской, Томской области и Алтайскому краю 87-90 %, что на 1-10 % и на 2-11 % выше оправдываемости климатологических и инерционных прогнозов (таблица 2). Оправдываемость прогнозов по новому методу за весь период испытаний для территории Кемеровской области в среднем составила 82-86 %, что близко к величине оправды-ваемости климатологических прогнозов (84 %), но ниже средней оправдываемости инерционных прогнозов (87%). Средняя оправдываемость методических прогнозов, составленных по новому методу, по всей территории превышает принятый порог успешности.

Для сравнения была проведена оценка оправдываемости оперативных прогнозов урожайности всех зерновых и зернобобовых культур (срок составления 21-23 июля, т.е. с заблаговременностью 1,5-2 месяца) по Томской, Кемеровской, Новосибирской областям и Алтайскому краю за 2003-2008 гг. с прогнозами, составленными по новому методу. Средняя оправдываемость оперативных прогнозов за 6 лет составила 86-94 %, что близко к оправдываемости методических прогнозов.

Оценка оправдываемости составленных прогнозов за весь период проверки по величине допустимой погрешности, согласно [3], позволила выявить число оправдавшихся методических, инерционных и климатологических прогнозов (таблица 2), а также преимущество одной из моделей для каждой территории.

Анализ таблицы выявил, в основном, преимущество нового метода. Так, по территории Томской области за период испытаний из 6 составленных прогнозов все оправдались. Оправдываемость метода 100 %. Несмотря на то, что оправдываемость инерционных и климатологических прогнозов также составила 100 %, ошибка метода ниже на 1,3-2 %. Самая меньшая ошибка мето-да (9,5 %) указывает на преимущество 5 модели (с W - западной формой циркуляции и количеством осадков за январь-февраль), но предикторы, входящие в модель 4 более доступны, к тому же оправдываемость метода (модель 4) также составляет 100 %, а ошибка метода превышает ошибку по модели 5 всего лишь на 0.5-1.5 %. Поэтому целесообразнее использование модели 4 (с метеорологическими и агрометеорологическими факторами).

По территории Новосибирской области из этого же количества составленных прогнозов также оправдались все, оправдываемость метода 100 %, что на 33 % выше оправдываемости инерционных и климатологических прогнозов. По величине относительной ошибки (10,4 %) лучше сработала модель 7, в которую не входят индексы атмосферной циркуляции (у прогнозов по моделям 8 и 9 ошибка больше на 1,7-2,4 %).

По Кемеровской области из 6 составленных прогнозов по модели 10 (с агрометеорологическими и метеорологическими факторами) оправдались 5, оправдываемость метода составила 83 %, что выше оправдываемости инерционных прогнозов на 16 % и климатологических на 33 %. Оправдываемость метода прогноза по моделям 11 и 12 (с учетом метеорологических факторов и индексов атмосферной циркуляции) составила 67 % (оправдалось 4 прогноза из 6), что соответствует оправдываемости инерционных прогнозов и превышает оправдываемость климатологических прогнозов на 17 %. Явно просматривается преимущество модели 10.

По территории Алтайского края оправдываемость нового метода составила 100 % (оправдались все прогнозы), что на 17-33 % выше оправдываемости инерционных и климатологических прогнозов. По наименьшей ошибке метода выявлено преимущество модели 13, включающей метеорологические и агрометеорологические предикторы, для прогнозирования средней урожайности и валового сбора зерновых и зернобобовых культур по Алтайскому краю.

Из достоинств нового метода можно отметить самое главное, что метод позволяет с заблаговременностью в полгода достаточно точно рассчитать урожайность и валовой сбор зерновых и зернобобовых культур в амбарном весе, что актуально для оперативного агрометеорологического обеспечения сельского хозяйства. Кроме этого, метод удобен в работе, затраты времени на состав-ление прогноза на персональном компьютере минимальны.


Рекомендации о внедрении

Технический совет ГУ «Новосибирский ЦГМС-РСМЦ» 14 апреля 2009 г. рекомендовал ме-тоды долгосрочного прогноза валового сбора зерновых и зернобобовых культур к внедрению в оперативную практику Гидрометцентра «ГУ Новосибирский ЦГМС-РСМЦ», а также Томского, Кемеровского и Алтайского ЦГМС в качестве основного расчетного метода: по территории Томской области - модель 4, по территории Новосибирской области - модель 7, по территории Кемеровской области - модель 10 и по территории Алтайского края - модель 13.


Список литературы:
1. Уланова Е.С. Методы агрометеорологических прогнозов. – Л.: Гидрометеоиздат, 1959. – 280 с.
2. Пановский Г.А., Брайер Г.В. Статистические методы в метеорологии. – Л.: Гидрометеоиз-дат, 1967. – 242 с.
3. Методические указания по проведению производственных (оперативных) испытаний новых и усовершенствованных методов гидрометеорологических и гелиогеофизических прогнозов: РД 52.27.284-91. – М.: Гидрометеоиздат, 1991. – 150 с.


Авторы
В.В.Костюков, Т.В. Старостина


Контакты

Т.В. Старостина, И.Г. Ковригина,
ГУ «Си6НИГМИ»,
Адрес: 630099, г. Новосибирск, ул. Советская, 30
Тел.: 8 (383) 222-25-30,
E-mail: starostina@sibnigmi.ru


© Методический кабинет Гидрометцентра России