Методика прогноза устойчивого перехода температуры воздуха через ноль градусов в шельфовой зоне восточной Арктики заблаговременностью до 30 суток

В отделе долгосрочных метеорологических прогнозов ГНЦ РФ ААНИИ в ало разработана методика прогноза дат устойчивого перехода температуры воздуха через ноль градусов в шельфовой зоне Восточно-Сибирского и Чукотского морей (авторы А.Я.Коржиков, В.В.Иванов, В.К.Куражов). Данная разработка проведена с целью удовлетворения запросов, предъявляемых практикой к совершенствованию научно-оперативного обеспечения судоходства и хозяйственной деятельности в Арктике с учетом ближайшей перспективы их развития.

Методика прогнозирования базируется на учете зависимости наступления дат устойчивого перехода температуры воздуха через ноль градусов от характера развития атмосферных процессов и состояния ледяного покрова в восточных арктических морях. Прогностические зависимости получены на основе анализа аэросиноптического архива по северной полярной области за период с 1940 по 2003 гг.

Для составления прогнозов дат устойчивого перехода температуры воздуха через ноль градусов было необходимо:
- провести анализ термобарических условий за два месяца, предшествующих дате устойчивого перехода и определить действующую группу развития макросиноптических процессов;
- получить фоновые значения аномалий устойчивого перехода температуры воздуха через ноль градусов для акваторий Восточно-Сибирского и Чукотского морей;
- по уравнениям регрессии рассчитать прогностические даты устойчивого перехода температуры воздуха через ноль градусов.

В уравнениях регрессии для расчета дат устойчивого перехода температуры воздуха через 0°С весной в качестве предиктор использованы:
- значения аномалий температуры воздуха на полярных станциях в апреле (ΔTапрель);
- значения разности аномалий температуры воздуха на полярных станциях между маем и апрелем (ΔTмай- ΔTапрель). Для острова Врангеля в качестве одного из предикторов брались значения аномалий температуры воздуха в мае (ΔTмай).

В уравнениях регрессии для расчета дат устойчивого перехода температуры воздуха через 0°С осенью в качестве предиктор использованы:
- ледовитость 0-3 балла в восточной части Восточно-Сибирского моря и в Чукотском море в третьей декаде августа;
- средняя месячная аномалия температуры воздуха в августе (ΔTавгуст) на полярных станциях;
- разность аномалий температуры воздуха между сентябрем и августом (ΔTсентябрь- ΔTавгуст) на тех же полярных станциях.

Вследствие того, что весной устойчивый переход температуры воздуха через ноль градусов происходит в июне, а осенью - в сентябре-октябре, оперативные прогнозы весной составлялись в третьей декаде мая, осенью – в третьей декаде августа.


Результаты испытания
Оперативные испытания указанной методики проходили в отделе долгосрочных метеорологических прогнозов ААНИИ в период с апреля 2004г. по июнь 2007 г.

Всего за период испытаний для шельфовой зоны восточных арктических морей было составлено 28 прогнозов дат устойчивого перехода температуры воздуха через 0? С с заблаговременностью 10-30 суток.

В связи с тем, что в настоящее время отсутствует единая методика оценки прогнозов дат устойчивого перехода температуры воздуха через 0°С, оправдываемость прогнозов оценивалась согласно [1]. Прогноз по величине получал положительную оценку, если ошибка была равна или меньше допустимой погрешности. За допустимую погрешность прогноза принималась величина 0,67σп, где σп – среднеквадратическое (природное) отклонение дат устойчивого перехода температуры воздуха через ноль градусов, рассчитанное для всего ряда наблюдений. Прогноз получал положительную оценку по знаку, если аномалии прогностических и фактических дат устойчивого перехода совпадали. Эффективность метода определялась из соотношения σ/ σп, где σ – ошибка прогноза.

Прогнозы дат устойчивого перехода температуры воздуха через ноль градусов весной и осенью, фактические даты перехода устойчивого перехода и погрешности прогнозов приведены в таблице 1 и таблице 2.

Анализ таблиц 1 и 2 показывает, что весной оправдываемость методических прогнозов несколько хуже оправдываемости методических прогнозов осенью. По всей видимости указанное различие обусловлено сезонным влиянием состояния подстилающей поверхности. Весной в мае побережье арктических морей в основном покрыто снежным покровом, а акватории морей заняты припаем и дрейфующим льдом. В этой связи, переход температуры воздуха через 0°С определяется характером адвекции воздушных масс в шельфовую зону. Адвекция в свою очередь существенно зависит от циркуляции атмосферы, точное предсказание которой на период, превышающий две недели, весьма непростая задача.

Осенью даты перехода температуры через 0°С во многом зависят от наличия льда на акваториях Восточно-Сибирского и Чукотского морей (коэффициент корреляции 0,50-0,60).

На рисунке 1 представлены изменения площади восточной части Восточно-Сибирского моря, свободной ото льда (в % от общей площади восточной части моря) в сентябре (1940-2003 гг.) и дат устойчивого перехода температуры воздуха через 0°С осенью на полярных станциях Четырехстолбовой (острова Медвежьи) и Айон (за период 1940-1995 гг.)


Рис. 1. Изменения площади восточной части Восточно-Сибирского моря, свободной ото льда (ледовитость 0 баллов) в сентябре (1940-2003 гг.), и дат устойчивого перехода температуры воздуха через 0°С осенью на полярных станциях Четырехстолбовой и Айон (1940-1995гг.)

Из анализа данных, представленных на рис. 1 следует, что чем меньше дрейфующего льда на акватории Восточно-Сибирского моря в конце августа - сентябре, тем позже на шельфе происходит устойчивый переход температуры воздуха через 0°С. И наоборот, высокая ледовитость приводит к раннему переходу.
Учет ледовитости в уравнениях регрессии показал улучшение качества прогнозов как по знаку, так и по величине.

Успешность прогнозов на основе испытываемой методики зависит от качества исходной информации. В связи с ухудшением в последние годы надежности данных наблюдений метеорологической сети станций, закрытия ряда репрезентативных станций, а также станций аэрологического зондирования понизилась надежность анализа и диагноза начальных условий циркуляции атмосферы и погоды в восточном районе Арктики. Все это приводит к понижению оправдываемости прогнозов погоды, особенно при увеличении их заблаговременности. В складывающейся ситуации особенно ценно применение макроциркуляционного метода долгосрочного прогнозирования погоды в Арктике, который позволяет рассматривать процессы в локальном районе в связи с крупномасштабными изменениями циркуляции на территории северной полярной области [2]. В частности, существенный вклад в успешность прогнозов дат устойчивого перехода температуры воздуха через 0°С внесло использование средних дат, а также их отклонений от средних многолетних дат, полученных для типовых макросиноптических процессов.

Следует отметить, что по сравнению с климатологическими прогнозами эффективность методики весной составила 16%, а осенью 31%.

До настоящего времени в оперативной практике ААНИИ отсутствовала методика долгосрочного прогноза дат устойчивого перехода температуры воздуха через ноль градусов на шельфе восточной Арктики. Проведенные в 2002-2004 гг. исследования атмосферных процессов различного пространственно-временного масштаба с целью усовершенствования макроциркуляционного метода прогнозирования для отдельных районов северной полярной области позволили разработать технологию составления прогнозов дат устойчивого перехода температуры воздуха через ноль градусов для шельфовой зоны Восточно-Сибирского и Чукотского морей.

Технология позволяет с заблаговременностью 1-3 месяца предсказывать аномалии наступления устойчивого перехода температуры воздуха через 0°С весной и осенью в Восточно-Сибирском и Чукотском морях и с заблаговременностью 10-30 суток – рассчитывать даты устойчивого перехода на шельфе восточной части Восточно-Сибирского и Чукотского морей.

Технологическая линия составления прогнозов устойчивого перехода температуры воздуха через 0°С представлена на блок-схеме (рисунок 2).


Рис. 2. Блок-схема технологической линии по разработке прогнозов дат устойчивого перехода температуры воздуха через ноль градусов с различной заблаговременностью

Выполненное исследование по созданию методики прогнозирование устойчивого перехода температуры воздуха через 0°С в восточной Арктике является развитем и совершенствованием макроциркуляционного метода долгосрочных метеорологических прогнозов для полярных областей, который апробирован многолетней практикой научно-оперативной работы. Полученные результаты еще раз подтверждают методологическую правильность постановки данного исследования, состоящую в рассмотрении процессов регионального и большого масштаба, как единого целого, что полностью соответствует основным принципам макроциркуляционного метода ААНИИ [2, 3]. В дальнейшем исследования будут продолжены в целях создания способов прогноза дат устойчивого перехода температуры воздуха через 0°С для других районов Арктики.


Рекомендации о внедении
Решением Центральной методической комиссии по гидрометеорологическим прогнозам от 2 октября 2007 года одобрена работа ААНИИ по развитию макроциркуляционного метода в части прогнозирования дат устойчивого перехода температуры воздуха через ноль градусов в шельфовой зоне восточных арктических морей. ААНИИ рекомендовано внедрить данную методику в оперативную практику гидрометеорологического прогнозирования в шельфовой зоне восточных арктических морей. Авторам методики рекомендовано разработать практические рекомендации по использованию методики в практической работе.


Литература
1. Наставлению по службе прогнозов. Раздел 3, часть III – М.: Гидрометеоиздат, -1982, - 143 С.
2. Гирс А.А. Макроциркуляционный метод долгосрочных метеорологических прогнозов. – Л.: Гидрометеоиздат.- 1974. – 488 С.
3. Ivanov V.V., Vinogradov N.D. Meteorological forecasts. INSROP WORKING PAPER. NO. 10 – 1995. Norvay. – P. 7-23.


Авторы
А.Я.Коржиков, В.В.Иванов, В.К.Куражов
ААНИИ, тел 8 (812) 352-11-15
E-mail: akorjikov@mail.ru


© Методический кабинет Гидрометцентра России