Статистический метод автоматизированного прогноза аномалии температуры воздуха на зимние месяцы по станциям о. Сахалин с большой заблаговременностью

Данная работа является продолжением научных исследований, начатых в отделе долгосрочных прогнозов (ОДПП) Дальневосточного региональногой научно-исследовательского гидрометеорологического института (ДВНИГМИ) 15 лет назад. Применительно к дальневосточному региону в то время была проверена гипотеза о том, что на полушарии существуют такие области, в которых аномальное состояние гидрометеорологических параметров может указывать в будущем на большие аномалии в элементах погоды удаленных территорий (“дальние связи”). Был разработан алгоритм объективного способа нахождения этих областей (информативных точек) в полях Н500, Н100, Р0, Т0 над Северным полушарием для целей долгосрочного прогноза аномалии температуры воздуха (ΔT) и сумм осадков (ΔR). Он подробно описан в статье [2]. По этому алгоритму в отделе был получен большой архив информативных районов, представленный в виде 420 карт. В дальнейшем предполагалось опробовать их в качестве потенциальных предикторов при прогнозе ΔT и ΔR для отдельных регионов Дальнего Востока с различной заблаговременностью.

Результаты первой апробации найденных информативных районов в полях Н500 и P0 Северного полушария в качестве предсказателей для долгосрочного прогноза знака ΔT весной в Приморском крае, начатые в 1992 г., опубликованы в работе [3]. Также изучены возможности их использования для прогноза знака ΔT весной на о. Сахалин с большой заблаговременностью (о результатах упоминается в работе [5]). Заметим, что в то время названные прогнозы составлялись “ручным” способом на основе архива карт информативных районов, в которых зафиксированы качественные прямые или обратные зависимости между знаками аномалии предиктора в информативном районе и аномалии прогнозируемого элемента. Удовлетворительная успешность фоновых прогнозов позволила надеяться на то, что использование информативных районов будет удачным при прогнозе не только знака, но и величины ΔT.

Начиная с 1999 г. работа продолжалась в направлении создания автоматизированного статистического метода и технологии прогноза знака и величины ΔT с большой заблаговременностью на весенние месяцы в целом для территории о. Сахалин (авторы Журавлева Т. М., Анжина Г. И). Созданы программные средства для статистической модели, включающей объективный поиск информативных предикторов по упомянутому выше алгоритму из [2] и расчет по ним прогностических значений ΔT по стандартной программе пошаговой множественной регрессии [16], а также блок оценки прогнозов по Наставлению [9] и Методическим указаниям [8]. Для хранения и использования гидрометеорологической информации заимствованы программные средства, разработанные ранее в ОДПП. На зависимой (1960 (1959) – 1989 (1988) гг.) и независимой (1990 - 1996 гг.) выборке авторам удалось найти оптимальные прогностические схемы для прогноза ΔT на календарные весенние месяцы с заблаговременностью (τ) 5 и 6 месяцев в целом для территории о. Сахалин. Авторские испытания прогностических схем для всей территории острова показали успешность, равную в среднем 87%. Результаты представлены в [5, 10].

В 2001 г. метод прогноза на весенние месяцы усовершенствован для расчета ΔT по 9 станциям о. Сахалин: Александровск, Оха, Кировское, Поронайск, Углегорск, Холмск, Корсаков, Погиби, Южно-Сахалинск [7, 11]. Была создана технология для автоматизированного прогноза с использованием оперативных данных, поступающих по каналам связи в ГИС МЕТЕО базы ЛАССО. Авторские (1992-1998 гг.) и оперативные (2002–2004 гг.) испытания автоматизированного метода показали успешность 91% и 83%, соответственно, и рекомендованы к внедрению.


Цель работы и использованная методология
Известно, что аномалия средней месячной температуры воздуха труднее всего поддается прогнозу в зимний период не только в исследуемом регионе о. Сахалин, но и по многим другим территориям [4]. По этой причине настоящее исследование посвящено созданию автоматизированного статистического метода прогноза Δ? с большой заблаговременностью для станций о. Сахалин на месяцы зимних синоптических сезонов этого региона: декабрь, январь – первой и февраль, март - второй половины зимы [13-15].

В данной работе также использованы методология, изложенная в [1, 2, 5] для поиска предикторов - информативных точек в полях Н500 и Р0 Северного полушария, и основные принципы построения прогностических моделей, представленных уравнениями множественной пошаговой регрессии, примененные авторами в работах [5, 7, 10, 11] для прогноза ΔT на весенние и в [6, 12] - на зимние месяцы по станциям о. Сахалин. Поскольку они в выше названных работах описаны достаточно подробно, здесь кратко изложим основные результаты, полученные при создании автоматизированного статистического метода долгосрочного прогноза ΔT на зимние месяцы в рассматриваемом регионе.


Материалы, использованные при создании и испытании метода
Архивы данных по температуре воздуха в зимних месяцах подготовлены за период с 1954 по 2004 г. по тем же упомянутым выше 9 станциям о. Сахалин, для которых был разработан метод прогноза ΔT на весенние месяцы. Прежде чем получить фактические средние значения ΔT за конкретные месяцы, были рассчитаны многолетние средние значения температуры воздуха на использованном в работе базовом периоде длиной 30 лет (1961-1990 гг.), рекомендованном ВМО на период разработки данного метода. Относительно этих средних были рассчитаны аномалии и средние квадратические отклонения температуры воздуха отдельно для каждого месяца.

На базе данных NCEP/NCAR Reanalysis за срок 00 ч ВСВ (всемирно скоординированного времени) были созданы архивы средних месячных значений барических полей на двух уровнях атмосферы – у поверхности Земли (Р0) и на уровне 500 гПа (Н500) в узлах стандартной сетки 5х10° за период с 1954 по 1998 г. Многолетние средние значения Р0 и Н500 и их средние квадратические отклонения рассчитаны на том же базовом периоде, что и температура воздуха.

Для поиска предсказателей использовались также средние месячные температуры воздуха для всех месяцев и рассчитанные в ОДПП ДВНИГМИ индексы зональной циркуляции Е. Н. Блиновой за период с 1954 по 1998 г. [17]. Кроме этого были опробованы и другие расчетные параметры. Например, подготовленные новые наборы индексов состояния пар центров действия атмосферы (ЦДА), сформированных ранее в [5, 10]. Индексы рассчитаны по рядам давления за период 1954 – 1999 гг. для четырех перманентных и шести сезонных ЦДА. Это перманентные океанические центры над Атлантическим океаном – Азорский максимум и Исландский минимум, над Тихим океаном - Гонолульский максимум и Алеутский минимум; континентальные сезонные центры - Сибирский и Канадский максимумы (в холодное полугодие), Азиатский и Калифорнийский минимумы (в теплое полугодие). Рассматривались и региональные ЦДА теплого периода: как охотский антициклон и дальневосточная депрессия. Кроме этого информативные точки отыскивались в полях относительной топографии Н500/1000, которые рассчитывались по данным полей Н500 и Р0.

Для проведения испытаний, приближенных к оперативным условиям приема и обработки информации (квазиоперативных), был использован другой набор полей Н500 и Р0, полученный посредством оперативного приема и обработки данных центра KWBC (Вашингтон). Прием осуществлялся из базы ЛАССО ГИС МЕТЕО в сетке 5х5° за период с 1998/99 по 2004/05 гг.


Проведение экспериментов
Отрабатывались несколько вариантов прогностической модели: одноуровенные с использованием информативных очагов либо в полях Н500, либо в Р0; двухуровенные - с использованием информативных очагов в полях Н500 и Р0. Кроме того, испытывались одноуровенные варианты модели с использованием в качестве предикторов и других расчетных параметров, перечисленные выше. Помимо этого в качестве предикторов использовались средние месячные значения температуры воздуха на упомянутых выше станциях о. Сахалин и индекс зональной циркуляции над северным полушарием Е. Н. Блиновой.

Отбор предикторов и построение уравнений с использованием всей упомянутой выше информации осуществлялись для каждой станции в отдельности. Был применен статистический аппарат пошаговой множественной регрессии, в котором матрица ковариаций пересчитывается после каждого отобранного предиктора [16]. Константа, задаваемая при отборе независимых переменных, равна 0,05.

Для каждого месяца сезонов первой и второй половин зимы (с декабря по март) рассчитывались прогнозы ΔТ с заблаговременностью от 0 до 6 месяцев. Обучающаяся выборка, по которой составлялись уравнения регрессии, составила 37 лет (1954/55 – 1990/91 гг.). Независимый ряд, или экзаменационная выборка, по которой рассчитывались контрольные прогнозы, принят длиной 7 лет (1991/92-1997/98 гг.). Прогнозы на обучающейся и экзаменационной выборке оценивались в соответствии с “Наставлением…“ [9] по каждой из 9 станций в предположении, что область прогноза содержит только одну станцию. Использованная здесь методика оценки [9] применяется в практике гидрометеорологического обслуживания для официальных месячных прогнозов с нулевой заблаговременностью. В нашем случае заблаговременность намного больше. Тем не менее, по этой методике оценивалась успешность предлагаемых прогностических схем.

Эксперименты по настройке модели для прогноза ΔT на зиму по станциям о. Сахалин проводились по аналогии с весенними месяцами [7, 11] по одноуровенному варианту, где в число потенциальных предсказателей в пошаговой регрессионной модели входили информативные точки в поле Н500. Предсказатели брались из разных предшествующих периодов времени со сдвигами в -1, -2, -3, -4, -5, -6 и -7 месяцев, что соответствует заблаговременности 0, 1, 2, 3, 4, 5 и 6 месяцев.

Для 5 и 6-месячной заблаговременности качество зимних прогнозов на зависимой выборке получилось удовлетворительное, на независимой – удовлетворительное лишь на отдельных станциях (при Р > 60 %).

В связи с этим, с целью оценки прогностических возможностей модели, на втором этапе была проведена серия экспериментов, различающихся исходной информацией (Р0, Н500, Н500/1000, индекс Е. Н. Блиновой, индексы состояния пар ЦДА, средняя месячная температура на станции и их комбинации) и заблаговременностью (от 0 до 6 месяцев). Для каждого варианта прогнозов были рассчитаны показатели успешности ρ, Q, P% согласно [8 и 9]. Ограниченное число экспериментов показало, что существенного улучшения прогнозов при добавлении новых предикторов не происходило. Поэтому продолжался поиск других вариантов прогностической модели по пути увеличения их заблаговременности от 5 до 12 месяцев. Для этого была осуществлена модификация модели. При этом варианты с τ < 5 месяцев уже не рассматривались. Дальнейшие эксперименты проводились по одноуровенному (только с Н500 или Р0) и двухуровенному (с Н500 и Р0) вариантам модели.


Анализ отобранных схем прогноза и оценок их успешности
Из множества вариантов для каждой из 9 станций и каждого прогнозируемого месяца на зависимой выборке построены, затем на независимом материале отобраны по одной наиболее удачной по всем 3-м показателям успешности ρ, Q, P% прогностической схеме - таблица 1. Выбранные схемы закреплены в прогностическом модуле. Оценки успешности прогнозов ΔT за независимый период также приводятся в таблице 1.

В прогностических уравнениях подстрочные индексы у предсказателей означают номер информативной точки (номер узла сетки 5 х 10°). В графе 4 стоят условные обозначения варианта модели. Аббревиатура “Inf” означает, что расчеты осуществлялись с использованием информативных точек в полях H500 (Inf_H) или P0 (Inf_P), а аббревиатура Inf_H_P означает, что используется двухуровенный вариант модели, когда информативные точки отыскиваются в полях H500 и P0 и совместно включаются в прогностическую схему.

Данные таблицы 1 показывают, что практически на всех станциях температурный фон удалось предсказать правильно (ρ > 0 - от 0.14 до 1.00, в среднем 0.56). Знак аномалии не оправдался лишь на станции Холмск в январе (ρ = -0,14). Успешность прогнозов величины аномалии по параметру P по всем схемам для трех месяцев (декабрь, февраль, март) хорошая - от 75% до 96%. Для января - несколько меньше: минимальная - 61% на станциях Углегорск и Холмск и максимальная – 79% на станции Корсаков. В среднем по всем станциям (вариант оценки МСТ - метожический прогноз, оцененный по средней величине на метеорологических станциях) для всего зимнего периода успешность методических прогнозов величины аномалии по параметру Q равна 0,57, по критерию Р% – 78,5%. Параметр Q оказался заметно больше единицы только в январе для 2-х станций – Александровск и Корсаков.

Интересно, что одинаковой оптимальной заблаговременности для всех станций найти не удалось. В среднем в 36-ти выбранных схемах (4 месяца х 9 станций) она распределилась в пределах от 5 до 12 месяцев неравномерно (Рисунок 1).


Рисунок 1 – Распределение количества оптимальных прогностических схем для зимних месяцев при разной заблаговременности прогноза

Оптимальные прогностические уравнения по станциям о. Сахалин в большинстве своем (9, 7, 6, 5 и 5 уравнений) построены с τ = 6, 12, 7, 5 и 10 месяцев, соответственно. По два уравнения отобрано с τ = 9 и 11 месяцев. Для τ = 8 месяцев не нашлось ни одной удачной прогностической схемы. Если анализировать заблаговременность схем отдельно по месяцам, то по большинству станций она соответствует для декабря 10 (5 станций), для января - 6 и 7 (6 и 3 станции), для февраля – 5 (5 станций) и марта – 12 месяцам (5 станций).


Положение информативных точек в тропосфере Северного полушария
Анализируя расположение вошедших в прогностические уравнения (таблица 1) информативных точек на полушарии, можно заметить, что для декабря они выбраны преимущественно в поле приземного давления Р0, для января – в поле H500, для февраля – с преобладанием точек в поле Р0 и для марта – примерно поровну в приземном и высотном барических полях. Координаты точек показывают, что для каждого прогнозируемого месяца информативные области располагаются в разных районах полушария (рис. 2).


Рисунок 2 – Схематическое представление информативных точек на Северном полушарии
Усл. обозначения:

Р10 – точки в поле Р0 с τ=10 месяцев;
Н6 – точки в поле Н500 с τ=6 месяцев и т.п.
Наибольшие скопления точек выделены эллипсом

Так, для декабря наиболее информативные точки в поле приземного давления, несмотря на различную заблаговременность их обнаружения, преимущественно группируются над восточными районами Черного, Средиземного морей и Аравийского полуострова (τ = 10 и 7 месяцев). Есть точки (τ = 10) в районах расположения Канадского и Азорского центров действия атмосферы (ЦДА), в тропической зоне центральной части Тихого океана между центральной Полинезией и Маршалловыми островами (τ = 7). Некоторые единичные точки в поле P0 разбросаны в широтной полосе от 30 до 70° как западного, так и восточного полушарий (τ = 7, 9, 12). Для двух станций о. Сахалин обнаруживаются информативные точки в поле H500 с τ = 10 месяцев у западного побережья Африки в районе Дакара.

Для января преобладающее количество информативных точек с τ = 6 месяцев сосредоточено в поле H500 западного полушария: над севером Канады, северным водоразделом реки Амазонки, над Чукотским морем. С такой же заблаговременностью для некоторых станций выявляются отдельные точки над Атлантикой вблизи европейских и африканских берегов. С τ = 7 месяцев на уровне средней тропосферы они группируются в основном над Мексиканским заливом.

Для февраля полезная прогностическая информация обнаруживается в основном в поле Р0 западного полушария (τ = 5 и 6 месяцев). Четко выделяется обширная информативная область, протянувшаяся с запада на восток вдоль экватора - от берегов Тихого в Атлантический океан через северный водораздел реки Амазонки (100° з. д. - 40° з. д.). Информативные точки с τ = 5 месяцев также сосредоточены у Северного магнитного полюса (о. Виктория и о. Принца Уэльского) и над северными районами Канады. Есть отдельные точки (τ = 11 месяцев) в Северной Атлантике и в Тихом океане в районах расположения климатических ЦДА - Азорского и Гавайского максимумов давления. На уровне средней тропосферы полезная информация для температуры воздуха февраля для незначительного числа станций о. Сахалин выявляется преимущественно с τ = 5 месяцев над полуостровом Лабрадор и у западного побережья Канады. Есть по одной точке (τ = 12 месяцев) над Тихим океаном на широте северного тропика восточнее Гавайских островов и над севером Балканского полуострова.

Для марта полезная информация содержится как в приземном, так и высотном барическом поле в основном с годовой и полугодовой заблаговременностью. Наибольшее количество информативных точек на обоих уровнях тропосферы группируются над северной Атлантикой в районах преимущественного расположения Азорского ЦДА и полярного атмосферного фронта. Несколько точек в поле P0 выявляются с годовой заблаговременностью над центральной частью Тихого океана в приэкваториальной полосе 5 – 10° с. ш., около 150° з. д., у тихоокеанских берегов Канады и над территорией Азиатского континента на севере Иркутской области. Кроме этого есть несколько информативных точек, разбросанных в поле H500 по полушарию, например, над Забайкальем на юге Бурятии и над севером Италии с заблаговременностью полгода, а с годовой заблаговременностью - над севером Индии и северо-востоком США.

В целом анализ предикторов, вошедших в лучшие прогностические схемы, позволяет заключить, что для прогноза ΔT по большинству станций о. Сахалин на декабрь ценная информация содержится в поле Р0 Северного полушария преимущественно в предшествующем январе; при прогнозе ΔT на январь - в предшествующих полях H500 июня и мая; для февраля она находится в основном в поле Р0 и частично H500 предшествующего августа, для марта – как в поле H500, так и в поле Р0 февраля с заблаговременностью 12 месяцев и предшествующих июне и июле. Поскольку для разных станций о. Сахалин лучшие предикторы имеют различную заблаговременность, то окончательный прогноз для декабря и января можно составить, соответственно, в мае и в июле, для февраля и марта – в сентябре после получения всей необходимой для прогноза информации о предикторах. В среднем получается, что прогнозы на зимние месяцы можно получить за полгода вперед. По отдельным станциям о. Сахалин прогноз ΔT может быть рассчитан и в более ранние сроки.


Успешность квазиоперативных испытаний
Наряду с испытаниями устойчивости прогностических схем на независимой выборке в ОДПП ДВНИГМИ были проведены также квазиоперативные испытания. В таблице 2 и таблице 3 приводятся оценки успешности этих прогнозов и оперативных статистических консультационных, составляемых и рассылаемых потребителям с 5-ти месячной заблаговременностью по методу Г. В. Свинухова. Методические прогнозы даны на месяцы зимних сезонов 1998/99 – 2004/05 гг.

За 7-летний квазиоперативный период оценки прогнозов ΔT, рассчитанные как средние из оценок по станциям (вариант МСТ), оказались в среднем на 16,5 % ниже, чем аналогичные оценки по этим схемам, полученные прежде на 7-летней независимой выборке (сравним данные таблицы 1 и таблицы 2: соответственно 78,5% и 62,0%). Особенно они снизились для декабря и февраля (58,3 и 56,7% по сравнению с 86,1 и 75,6%, соответственно). В январе и марте, несмотря на снижение показателей, квазиоперативные прогнозы можно признать удовлетворительными: в среднем по территории ρ > 0, Q < 1, P = 60,7% и 72,2 %, соответственно.

Следует отметить, что периоды, как независимой выборки, так и квазиоперативных истытаний отличались необычайно аномальными зимами в исследуемом регионе. Анализу аномальности температуры воздуха зимних месяцев на станциях о. Сахалин на независимой выборке уделено достаточно внимания в работе [1].

Здесь рассмотрим кратко особенности зимних месяцев квазиоперативного периода. Если в качестве единицы принять фактическую аномалию на станции за месяц, то за 4-месяца имеем 36 единиц (9 ст.*4 мес.). Тогда число случаев со значительными (|0.675σ|) аномалиями температуры можно представить на рисинке 3 в процентах к общему числу рассмотренных аномалий.

Как видно на рисунке 3, практически все рассмотренные зимы по температуре воздуха на станциях о. Сахалин можно назвать аномальными, особенно первые 4-е сезона. Рассматриваемый период испытаний был аномально теплым преимущественно во все месяцы зимы, за исключением декабря, который теплым был только в 1999 году. Особенно выделяется зимний сезон 2001/2002 гг., когда значительные аномалии охватили 69% территории о. Сахалин. Причем, декабрь был холодным, а в остальные 3 месяца сезона на большинстве станций значения положительных аномалий превысили 3°С. Можно выделить и зимний сезон 1998/99 гг. В нем теплым был только январь; другие зимние месяцы были аномально холодными, особенно март. Остальные зимы на большей части или на трети территории также были аномально теплыми (с января по март) или холодными (в феврале и марте). Добавим, что за весь квазиоперативный период только в декабре 2003 и 2004 г., а также в марте 2001 г. ни на одной станции температура воздуха не превысила значимый порог аномальности |0.675σ|.


Рисунок 3 — Распределение числа случаев (в %) со значительными ΔT в сезоны зимы на станциях о. Сахалин на периоде квазиоперативной выборки

Больше всего значительных аномалий (положительных и отрицательных) было в январе - 66% от числа случаев за 7 лет на 9 станциях (56 случаев). Меньше всего - в марте – 45%. В декабре и феврале их число примерно одинаково (55 и 57%, соответственно), однако в этих месяцах аномалии были самые большие по величине. Так, в феврале очень крупные аномалии, превышающие 3° по абсолютной величине, составили 59% от общего числа аномалий за этот месяц, в декабре - 48%. В январе таких аномалий было 35%, в марте - 28%.

Невысокие оценки квазиоперативных прогнозов в декабре и феврале (Р в % = 58 и 57, соответственно) свидетельствуют о том, что с помощью предложенного метода не удается хорошо прогнозировать крупные аномалии (ΔT > |3°|), которых больше всего оказалось именно в эти месяцы. Тем не менее в каждом месяце на отдельных станциях есть случаи прогнозов крупных аномалий с оценкой Р, равной 100% и 75%.

Учитывая выше сказанное, не удивительно, что при переходе на независимую необычно аномальную выборку успешность предлагаемых прогностических схем заметно снизилась.

Представляет интерес сравнение успешности предлагаемой методики с оперативным консультационным методом Г. В. Свинухова. Для корректного сравнения произведена оценка квазиоперативных методических прогнозов по варианту оценки МН, применяемому в оперативно-прогностических подразделениях Росгидромета. В таблице 3 для каждого зимнего месяца, начиная с декабря 1998 года по март 2005 года, даны два варианта оценок методического прогноза (МСТ и МН) и оценки прогнозов на основе консультационного метода Г. В. Свинухова (КС) по показателю P%. Здесь же представлена разница между МН и КС. По данным таблицы 3 можно понять, в какой период времени сравниваемые методы оказались лучше или хуже.

По средним оценкам за период 1998/99 – 2004/05 гг. успешность методических прогнозов по параметру Р оказалась лучше успешности консультационных прогнозов на 13,4%. При этом превышение оценок имело место практически во все зимние периоды (6,2% - 25,0%), за исключением одной зимы 1999/2000 гг., когда успешность и консультационных (50%), и методических (43,8%) прогнозов в среднем за период с декабря по март была неудовлетворительной (-6,2%).


Процедура составления оперативного прогноза
Для оперативного прогноза ΔT на зимние месяцы по станциям о. Сахалин предлагается автоматизированная модель прогноза, адаптированная к оперативным условиям приема информации. Технологическая линия прогностического программного комплекса (рабочего места прогнозиста - долгосрочника) включает в себя блоки пополнения, осреднения срочной информации, записи в месячный архив и расчета прогноза аномалии температуры воздуха. Оперативное пополнение данных осуществляется на основе программного блока, разработанного ранее в научном коллективе ОДПП ДВНИГМИ, и адаптированного в дальнейшем при создании автоматизированного метода прогноза ΔT на весенние месяцы для тех же станций о. Сахалин, которые использованы и в данной задаче (подробно описаны в работах [7, 11]).

На пополнение требуется времени в пределах минуты, на осреднение – несколько секунд. Ввод даты прогноза и расчет прогностических значений ΔT занимает не более минуты. Результаты расчетов можно просмотреть на экране монитора, выдать на печать. Они записываются в специальный файл, что позволит в дальнейшем рассчитать оценки успешности прогнозов.


Результаты испытаний статистического метода прогнозов ΔТ на станциях о. Сахалин
В зону обслуживания прогнозами погоды на месяц Приморского УГМС помимо Приморского края входят также полуостров Камчатка и остров Сахалин. Поэтому оперативные испытания автоматизированного статистического метода прогноза аномалии средней месячной температуры воздуха (ΔT) на зимние месяцы (с декабря по март) по станциям о. Сахалин с заблаговременностью (τ) от 5 до 12 месяцев проводились в Приморском УГМС в период с мая 2005 г. по май 2007г. За указанный период было составлено всего 72 прогноза: по 2 прогноза на декабрь, январь, февраль и март для 9 станций. В таблице 4 приведены прогностические и фактические значении аномалии температуры воздуха для всех станций о.Сахалин по месяцам испытываемого периода, а также показатели успешности прогнозов (Δ - систематическая ошибка и Рст - оправдываемость в %) за отдельные месяцы и в целом за период испытаний.

Для каждой из станций прогнозы ΔT оправдались (Рст ≥ 75%) хотя бы в один из 2-х лет оперативных испытаний (таблица 1). Средняя за 2 года оценка Рст не менее 75% наблюдалась: на 6-ти станциях в декабре, на 5-ти - в январе, на 4-х - в феврале и на 7-и станциях в марте. Самые неудачные прогнозы ΔT составлены для ст. Тымовское: Рст = 37.5 % для декабря и января и Рст = 50% - для марта. Однако в феврале по этой станции прогнозы оказались успешными (87.5%). Из общего числа прогнозов за весь период испытаний не оправдалось (Рст = 0% и 25%) 13 прогнозов, причем, в 8 из них не предсказаны большие аномалии температуры воздуха (фактические аномалии по абсолютной величине составили 3°С и более). В феврале неудачных прогнозов ΔT оказалось 5 случаев за 2 года. В январе их было 4, в декабре - 3, а в марте - 2. В среднем за два года методические прогнозы занижали температуру воздуха во все месяцы. Лишь в декабре 2006 г. прогностические значения ΔT оказались выше фактических на всех станциях региона.

Средние по региону величины, полученные из оценок оправдываемости по станциям, оказались минимальными (64%) в феврале. Наиболее удачно предсказаны аномалии температуры воздуха на март 2006 г. (Рст = 89%) по всем станциям. Средняя за все месяцы зимы оценка Рст по каждому из двух зимних периодов не спустилась ниже 70%, а средняя за два года оценка составила 73%.


Сравнение с другими методами
В процессе оперативных испытаний было выполнено сравнение проверяемых методических прогнозов ΔT с внедренными ранее в качестве консультативных прогнозами аномалии температуры воздуха с 5-месячной заблаговременностью на основе физико-статистического метода (автор Г.В. Свинухов) и с официальными синоптическими прогнозами Гидрометцентра России, уточненными с нулевой заблаговременностью. Все прогнозы были составлены на аналогичные зимние месяцы с декабря по март по рассматриваемой территории о. Сахалин (таблица 5).

Средние по территории аномалии температуры воздуха на декабрь 2005 г., когда наблюдались положительные аномалии температуры воздуха, наиболее крупные на станциях; Оха - 5.4°С, Тымовское - 5.6°С, Погиби - 4.3°С, ни по одной из методик предсказать не удалось. Прогнозы ΔT на февраль и март 2006 г по всем рассматриваемым методам оказались успешными (Рн=100%). В среднем, за два года оценки официальных и методических прогнозов по параметру Рн% в январе, феврале и марте не понижались ниже 75%, но официальные на 12.5% превзошли методические. Лишь в декабре Рн методического прогноза составила 50%, а официального - 37.5%.

Наиболее полно было проведено сравнение методических и консультативных прогнозов аномалии температуры, поскольку они сопоставимы по заблаговременности. К анализу также привлечены наиболее часто употребляемые критерии ρ и Q. Средние за весь период испытаний оценки показывают существенное преимущество методических прогнозов над консультативными прогнозами. Методическими прогнозами лучше предсказан знак аномалии температуры воздуха: у них cредние за период испытаний величины ρ оказались положительными во все месяцы, а у консультативных - положительная величина ρ только в марте. Параметр Q для методических прогнозов не превосходил 1, а для консультационных часто превышал 1. Например, в марте 2007 г. параметр Q составил 3.52. Значения Рн% консультативных прогнозов только в феврале 2007г. оказались выше (100% против 75%). Средняя за два года и за все месяцы оценка Рн методических прогнозов на 15.6% превышает аналогичную оценку консультативных прогнозов.


Рекомендации о внедрении метода
Решением ЦМКП от 2.10.07г. рекомендовано Сахалинскому и Приморскому УГМС внедрить в оперативную практику новый статистический метод автоматизированного прогноза аномалии средней месячной температуры воздуха на зимний период по станциям о. Сахалин в качестве основного метода с заблоговременностью более 5 месяцев.


Литература
1. Анжина Г. И. Оценка прогностических возможностей аналого-статистического подхода к прогнозу аномалии средней месячной температуры воздуха на станциях о. Сахалин // См. настоящий сборник.
2. Жежко Р. Я., Толмачева М. А. О способе выявления информативных предикторов // Труды ДВНИГМИ. -1990.- Вып. 136. -С. 110 - 118.
3. Журавлева Т. М. О возможности использования информативных районов в средней тропосфере северного полушария для фонового прогноза температуры воздуха на весну в Приморском крае // Труды ДВНИГМИ.-1997.-Вып.147.-С.157-172.
4. Журавлева Т. М., Лось В. В. Результаты оперативного обслуживания долгосрочными прогнозами средних месячных аномалий температуры воздуха и осадков по территории Восточной Сибири и Дальнего Востока // Юб. Выпуск “ДВНИГМИ – 50 лет”. – Владивосток: Дальнаука.-2000. – С. 113 – 120.
5. Журавлева Т. М., Анжина Г. И. Долгосрочный прогноз аномалии температуры воздуха на весну по о. Сахалин с помощью статистической модели // Труды ДВНИГМИ. -2002. -Вып. 150.- С. 59 – 74.
6. Журавлева Т. М., Анжина Г. И., Султанова С. Н. Статистический метод и автоматизированная технология прогноза аномалии средней месячной температуры воздуха на зимние и весенние месяцы по станциям о. Сахалин с заблаговременностью более 5 месяцев // Тез. докл. научно-практ. конф. “Гидрометеорология Дальнего Востока и окраинных морей Тихого океана”, посвященной 55-летию ДВНИГМИ: Владивосток, 30 июня – 1 июля 2005. С. 26-28.
7. Журавлева Т. М., Анжина Г. И., Султанова С. Н. Статистическая модель долгосрочного прогноза аномалии температуры воздуха у земли на весенние месяцы по станциям о. Сахалин и автоматизированная технология ее реализации // См. настоящий сборник.
8. Методические указания. Проведение производственных (оперативных) испытаний новых и усовершенствованных методов гидрометеорологических и гелиофизических прогнозов. РД 52.27.284-91. – Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 150 с.
9. Наставление по службе прогнозов. Раздел 2. Служба метеорологических прогнозов. Ч. 6. - М.: Гидрометеоиздат, 1986. - 28 с.
10. Отчет о НИР «Модернизировать и развить автоматизированные методы долгосрочного прогноза погоды для комплекса ”Аралия”»: Отчет о НИР / ДВНИГМИ. -УДК 551.509.33: 681.3.06; № ГР 01990006798; Инв. № 02200200815. - Владивосток, 2000. – 179 с.
11. Отчет о НИР «Испытать и внедрить автоматизированный метод долгосрочного прогноза аномалии температуры воздуха на весенний период по о. Сахалин»: Отчет о НИР / ДВНИГМИ. -УДК 551.509.33:551.509.323 (571.642); № ГР 01200108060; Инв. № 02200200748. – Владивосток, 2001. – 39 с.
12. Отчет о НИР «Разработать и усовершенствовать методы среднесрочного и долгосрочного прогноза основных метеорологических элементов для Дальневосточного региона»: Отчет о НИР / ДВНИГМИ.- УДК 681.3.06: 551.509.33(571.6); № ГР 01200208953, - Владивосток, 2004. – 63 с.
13. Пагава С. Т. и др. Основы синоптического метода сезонных прогнозов погоды.- Л.: Гидрометеоиздат, 1966.- 362 с.
14. Рафаилова Х. Х., Михеев Н. П., Журавлева Т. М. Температурный режим естественных синоптических сезонов зимы в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке // Труды Гидрометцентра СССР.- 1982 .- Вып. 227.- С. 91 – 99.
15. Рафаилова Х. Х., Михеев Н. П., Журавлева Т. М. Циркуляция атмосферы и распределение средней сезонной температуры в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке в сезонах холодного полугодия // Труды Гидрометцентра СССР.- 1983.- Вып. 250.- С.15 – 29.
16. Сборник научных программ на ФОРТРАНЕ: Пер. с анг. - М.: Статистика, 1974. -315 с.
17. Sokolov O.V., Mezentseva L.I. Climatic trends in general atmospheric circulation in the second half of the 20th century // PACIFIC oceanography. - 2004. -Vol. 2, № 1-2. – C. 67-73.


Авторы метода
Журавлева Таисия Максимовна, Анжина Галина Ивановна


© Методический кабинет Гидрометцентра России