Отчет по испытанию успешности ансамблевого прогноза ФГБУ "Гидрометцентр России"
по температуре воздуха на 3 дня для г. Перми


Ансамблевый прогноз размещается на сайте Методический кабинет ФГБУ «Гидрометцентр России». Он содержит прогноз приземной температуры воздуха, количества осадков, точки росы и приземного "фонового" ветра для 145 городов Российской Федерации и 6 городов Республики Беларусь. Исходный срок прогноза 00 ч UTC. Время готовности прогноза 5 ч 45 мин UTC. "Срочная" температура соответствует 00, 06, 12, 18 ч UTC; в это время все метеостанции мира одновременно проводят метеорологические измерения. Минимальная и максимальная температуры воздуха привязаны к тому времени, когда они чаще всего наблюдаются, т.е. это ночь или день. Заблаговременность прогнозов от 12 до 120ч для температуры воздуха и от 12 до 72ч для осадков, точки росы и ветра при временном разрешении 6 ч.

В качестве членов ансамбля взяты глобальные прогнозы, рассчитанные на основе моделей общей циркуляции атмосферы зарубежных метеорологических центров: Великобритании (UKMO), США (NCEP) и Японии (JMA) для "срочной" температуры. Для точки росы и ветра взяты модели NCEP и JMA. Для осадков включены модели UKMO, NCEP и мезомодель COSMO.RU–7км (ФГБУ "Гидрометцентр России"). Указанные модели имеют достаточно высокую успешность прогнозов.

Метод был введен в оперативную работу ОМП в декабре 2009г, используется расчет по г.Перми. Для анализа в данной работе рассматривался прогноз экстремальной температуры воздуха на три дня. Оценка качества производилась по прогнозам за один 2010 год отдельно по месяцам, сезонам, и полугодиям (согласно РД 52.27.284-91г). За период рассмотрено 2048 расчетов ансамблевым методом экстремальной температуры воздуха. Метод сравнивался с расчетом в Технологии РЭП (утреннее уточнение на 3 дня, разработчик Васильев П. П., ФГБУ «Гидрометцентр России») и синоптическим. Оценку температуры производили по данным метеостанции Пермь отдельно для каждой заблаговременности.

В работе принимали участие шесть синоптиков. В течение марта-декабря 2011 года каждый синоптик обработал по два месяца. Произведены расчеты отдельно для минимальной и максимальной температуры воздуха. Вычислены следующие характеристики:
1) средняя оправдываемость Р %,
2) средняя арифметическая ошибка ,
3) средняя абсолютная ошибка ,
4) средняя квадратическая ошибка .

Р - оправдываемость прогноза минимальной или максимальной температуры, рассчитывалась так, как это принято в синоптической практике:
если |tп - tф| 3,5°C, то P = 100%, если |tп - tф| 3,5°C, то P = 0%.

Средняя оправдываемость ансамблевого метода для минимальной и максимальной температуры воздуха на 1 сутки составила 90-92%, что на уровне синоптического.

Наилучшая оправдываемость прогноза экстремальной температуры воздуха получилась в сентябре, она составляет у ансамблевого метода 100% для Тмин на 24, 48, 72 часа и для Тмакс на 24 часа. Сентябрь 2010г характеризовался относительно устойчивым характером погоды. Резких перепадов температуры воздуха было всего два случая, оба оправдались на 100%. Неплохие результаты показали и московские прогнозы: 90-100% для Тмин, 93-97% для Тмакс. Оправдываемость температуры воздуха, рассчитанной синоптический методом, несколько хуже: для Тмин от 90 до 95%, для Тмакс от 71 до 87%. По наличию 100% оправдываемости прогнозов на первые сутки наибольшее число месяцев у ансамблевого метода- 7 случаев, у синоптического метода -3, у московского -5.

Самая низкая оправдываемость прогноза минимальной температуры воздуха была в январе, декабре, максимальной температуры – в апреле при заблаговременности 1-3 суток. Прогноз минимальной температуры воздуха в январе имел оценку 77%, 65%, 62%, в декабре - 73% при заблаговременностью 1-2 дня и 67% - 3-й день. Оправдываемость максимальной температуры воздуха в апреле уменьшалась от 69% до 48% с увеличением заблаговременности. Если рассматривать все случаи по полугодиям (холодное с XI по IV), теплое с V по X), то оправдываемость расчетов минимальной температуры воздуха в холодное полугодие составила 77-85%, в теплое - 92-99%, заблаговременности 24-72 ч. При расчете максимальной температуры воздуха оправдываемость - 71-85% в холодное полугодие и 86-98% в теплое, в зависимости от заблаговременности.

Метод лучше оправдывается летом (89-99%), хуже зимой (68-78%) при расчете минимальной температуры воздуха. Максимальная температура воздуха хорошо оправдалась летом и осенью на 24-48 часов (93-95%), хуже зимой и весной заблаговременностью 24-72 ч – (72-88%).

Средняя годовая абсолютная ошибка испытываемого метода на 24 часа для минимальной температуры равняется 1,6°, для максимальной 1,7°, что на уровне расчета экстремальной температуры синоптического и московского прогноза, где она составляет для минимальной температуры 1,5°, для максимальной 1,7°- 1,6° соответственно. С увеличением заблаговременности ошибка возрастает до 2,0-2,2°.

Средняя квадратическая ошибка при расчете исследуемым методом на 24 часа составила 2,0° для минимальной и 2,1° для максимальной температуры воздуха. В синоптическом методе она составила для Тмин 2,0°, для Тмакс 2,2° в московском прогнозе 1,9° и 2,1° соответственно.

Средняя арифметическая ошибка при расчете минимальной температуры была +0,2°, максимальной температуры -0,1° на 24 ч; 0,0 и -0,1° на 48 ч; 0,0° и -0,2° на 72 ч соответственно. Что говорит о завышении прогностических значений минимальной температуры на 24 ч и о занижении прогностических значений максимальной температуры воздуха на 24-72 ч. Московский и синоптический методы в большинстве случаев занижают прогностические значения экстремальной температуры воздуха.

При прогнозе на сутки обеспеченность с допуском до 3° составила для минимальной температуры 88%, для максимальной - 85% . Для сравнения, у синоптического метода этот показатель - 89 и 84% соответственно. При прогнозе на 2-е сутки обеспеченность с тем же допуском ансамблевого метода выше синоптического: 82-83% против 74-76%. Обеспеченность на третий день составила всего 73-79%.

Отдельно рассматривались случаи с резкими изменениями экстремальной температуры воздуха на 10° и более, таких за год было 46. Наиболее часто они отмечались в январе, апреле и декабре. В январе резкие изменения минимальной температуры воздуха были 5, 6, 10, 13, 18, 29, максимальной температуры 5, 9, 11, 17, в декабре - 4, 6, 11, 18, 19, 24, 28 и 5, 18, 22, 31 соответственно, в апреле - 12, 22, 24, 27 числа максимальной температуры воздуха. В этих случаях оправдываемость анализируемого метода на первые сутки выше при расчете максимальной температуры воздуха (95%), чем при расчете минимальной температуры (77%). На вторые сутки оправдываемость метода 67% в обоих случаях, на третьи - минимальной 60%, максимальной 74%.

За весь рассматриваемый период расчет ансамблевого метода на первые сутки не оправдался в 58 случаях. В 18 случаях прогноз температуры по всем трем методам не оправдался. Число неудачных ансамблевых прогнозов по месяцам распределилось следующим образом: 13- в декабре, 11- в январе, 10- в апреле, 8-в ноябре, в другие месяца их отмечалось от 1 до 5, в сентябре не было. Прогнозов, занижавших температуру воздуха, было больше (31), чем завышавших (27). Занижается чаще минимальная, а завышается максимальная температура воздуха.

Январь и декабрь 2010 года были холоднее обычного. В январе средняя месячная температура воздуха в Перми была на 4°, в декабре - на 2° ниже климатической нормы. Холодными были все три декады января и первая и третья декады декабря. Чаще (18 из 24 случаев) прогнозы занижали температуру воздуха. В этих случаях возникали ошибки при учете адвекции тепла в приземном слое воздуха, при прогнозе облачности. Основные случаи завышения пришлись на третью декаду декабря, когда длительное время сохранялся антициклональный характер погоды. В прогнозах недостаточно было учтено ночное выхолаживание в центре антициклона. Хочется отметить, что в этих случаях прогнозы у синоптиков были успешными на 100%.

Апрель и ноябрь 2010 года были теплыми, средняя месячная температура воздуха этих месяцев в Перми была на 3 градуса выше климатической нормы.

Температура воздуха в начале апреля была на 2-7 выше обычного. В этот период в случаях неоправдавшихся прогнозов преобладала максимальная температура воздуха с отрицательной арифметической ошибкой. 2-5/04 характер погоды определялся малоградиентным полем повышенного давления у поверхности земли. По-видимому, ошибка возникла из-за более сильного прогрева дневной температуры при безоблачной погоде. В период 12-16/04 арифметическая ошибка была положительной. Основной причиной ошибок явился неточный учет адвекции холода в приземном слое воздуха в тыловой части циклона, при северо-западном выносе воздушной массы. По-летнему теплая погода установилась 22-24 апреля. 23/04 средняя суточная температура воздуха составила 19°, выше нормы более, чем на 10 градусов. 23/04 максимальная температура воздуха по расчету была занижена, с отрицательной арифметической ошибкой в 4°. Ошибка в недоучете необычно сильной адвекции тепла, обусловленной южным выносом в теплом секторе мощного глубокого атлантического циклона.

В апреле из 10 случаев, когда ансамблевый прогноз не оправдался, синоптический прогноз был ошибочным лишь один раз 23/04.

Ноябрь, последний осенний месяц, был теплым и очень влажным. Первые две декады ноября осадки отмечались почти ежедневно и были преимущественно в виде дождя. В последней декаде погода была по-зимнему холодная со снегопадами и метелями, порывистым ветром. За последние пять дней месяца Пермский край трижды находился во власти циклонов, которые принесли обильные снегопады (в Перми до 12 мм за сутки), метели с усилением ветра до 24 м/с. За пятидневку в Перми выпало 63% месячной нормы осадков. Все неоправдавшиеся прогнозы ансамблевого метода были в третьей декаде ноября, и все они завышали прогноз температуры воздуха. 25-27/11 все методы не оправдались. В период частой смены воздушной массы в результате смещения серии циклонов увеличивается число неудачных прогнозов.

Приложение (таблицы) - в формате .rtf (2,47 МБ)


Выводы

1. Анализ прогнозов экстремальной температуры воздуха показал более высокую успешность их на первые сутки.
2. Выше оправдываемость расчетов температуры воздуха в теплое полугодие любой заблаговременности.
3. В случаях с резкими изменениями температуры на 10° и более надежны прогнозы максимальной температуры воздуха на первые сутки, прогнозы минимальной температуры имеют низкую оправдываемость (77%).
4. Метод занижает минимальную температуру при длительном стационировании антициклона на районами Пермского края.
5. Для улучшения качества прогнозов экстремальной температуры воздуха на первые сутки в ОМП ФГБУ «Пермского ЦГМС» считаем целесообразным использовать расчет ансамблевым методом в качестве основного.
6. Работу по расчету характеристик успешности прогнозов за текущий период производят разработчики метода с сентября 2011г. Для практического значения необходимо проводить анализ случаев не оправдавшихся прогнозов температуры воздуха ансамблевым методом по г.Перми заблаговременностью 24 часа.


Контакты

Л.В. Веприковой, ведущий синоптик ОМП
Л.Н. Кузьмина, начальник ОМП ФГБУ "Пермский ЦГМС"
ФГБУ "Пермский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды"


© Методический кабинет Гидрометцентра России