Отчет об испытании автоматизированных расчетов осадков в Екатеринбурге заблаговременностью 24-36 часов
Результаты оперативных испытаний успешности автоматизированных прогнозов осадков по Екатеринбургу в выходной продукции численных моделей: ПЛАВ, Ансамблевый прогноз, прогноз осадков в технологии РЭП (Гидрометцентр России), автоматизированный расчет осадков по данным прогностического радиозонда (в АРМ ГИС Метео)


В 2011-2012 в ФГБУ «Свердловский ЦГМС-Р» проведено испытание нескольких автоматизированных методов расчета осадков заблаговременностью 24-36 часов для Екатеринбурга. Цель испытания: установить приоритеты применения в оперативной практике ряда методов, рекомендованных ЦМКП Росгидромета к применению и доступных в АРМ-синоптика ГИС Метео, на сайтах Гидрометцентра России, по каналу АСПД. Сравнение проведено с синоптическим краткосрочным прогнозом осадков.
1. Расчет осадков в Комплексном (ансамблевом) прогнозе по данным различных моделей атмосферы: UKMO (Великобритания), NCEP (США) и мезомодель COSMO.RU–7км (ФГБУ "Гидрометцентр России"), http://method.hydromet.ru/.
2. Расчет осадков на основе глобальной полулагранжевой конечно-разностной модели среднесрочного прогноза погоды (ПЛАВ), разработанной в Гидрометцентре России совместно с ИВМ РАН, http://www.meteoinfo.ru/plav-forc-rus.
3. Расчет осадков по данным радиозондирования с учетом вертикальных движений атмосферы (адаптированный к АРМ ГИС Метео метод Руководства по КПП).
4. Автоматизированный вероятностный прогноз количества осадков на пентаду, в технологии расчета элементов погоды (РЭП), детализированный с суточным разрешением (П.П. Васильев, Гидрометцентр России).
5. Прогноз синоптика. Период испытания апрель 2011 – март 2012 года. Оценка велась по полусуткам, как предписано Наставлением по Краткосрочным прогнозам погоды общего назначения РД 52.27.724-2009. Автоматизированные расчеты осадков по методам, дающим результаты в шестичасовых промежутках, приводились к 12-тичасовым суммам осадков. За факт наличия осадков принимались значимые осадки 0,1 мм и более. Следы осадков менее 0,1 мм принимались как отсутствие осадков (РД 52.27.284-91 Методические указания Проведение производственных испытаний новых и усовершенствованных методов гидрометеорологических прогнозов, с.29). Всего было оценено 3650 полусуточных и 300 суточных прогнозов осадков. Поскольку прогноз осадков в технологии РЭП имеет суточное разрешение, сопоставить его с методами полусуточного разрешения было сложно, и полученные выводы по этому методу достаточно условны.
Период испытаний характеризовался дефицитом осадков в большинстве месяцев. Лето 2011 года было умеренно теплым и в своей второй половине сухим, зима на редкость малоснежная, осадков за весь период испытаний выпало 80% нормы. Случаев с осадками было 193 из 732 полусуточных прогнозов, то есть 26%, умеренных и сильных осадков всего 65 случаев, то есть около 9% (из них сильных осадков только 2 случая).
Была проведена оценка общей оправдываемости прогнозов согласно Наставлению по краткосрочным прогнозам общего назначения (2009). Разница в оценке между прогнозами на 24 и 36 часов (ночь–день) незначительная 1-3% (Таблица 1). В годовом ходе показатели успешности прогнозов Qкол.ос. коррелируют с фактической изменчивостью увлажнения: при увеличении количества выпадающих осадков оправдываемость прогнозов снижается (рис. 1). Успешность прогнозов осадков в зимние месяцы была достаточно высокой 89-96%, в летние месяцы (май-июль) ниже: 66-88%, что может быть связано не только с методически более трудной предсказуемостью летних осадков, но и с упомянутой выше зависимостью оправдываемости всех методов прогноза от количества выпадающих осадков в конкретный период. Пик осадков пришелся на июнь-июль (оправдываемость прогнозов самая низкая за период испытаний), минимум осадков был в августе (оправдываемость прогнозов выросла), в зимний минимум осадков (декабрь-февраль) оправдываемость прогнозов самая высокая (рис. 1).



Рис. 1

Средняя оправдываемость прогнозов по Наставлению по КПП (2009 г.) колеблется от 81,8% у прогноза по радиозонду (АРМ ГИС Метео) до 86,3% у Ансамблевого прогноза. Синоптический метод занимает срединное положение 83,6% (таблица 1).


Таблица 1
Оправдываемость автоматизированных прогнозов осадков согласно Наставлению по КПП общего назначения в Екатеринбурге, Qкол.ос %

Лучшие результаты общей оправдываемости показали Ансамблевый (комплексный) прогноз, который имел преимущество в 7 из 12ти месяцев (апрель-сентябрь, ноябрь), включая сложные летние месяцы со значительным объемом выпавших осадков, и прогноз осадков в модели ПЛАВ, показавший лучшие результаты в 4-х месяцах (октябрь, декабрь, февраль-март). В январе небольшое преимущество (на 0,2%) перед методом по модели ПЛАВ имел синоптический прогноз. Метод расчета осадков в технологии РЭП (П.П.Васильев Гидрометцентр России) с другими методами не сопоставлялся из-за суточного, а не полусуточного разрешения при прогнозе осадков и имел оправдываемость от 75% в июле до 96,7% в январе.

Проведена оценка прогнозов по факту наличия и отсутствия осадков, рассчитаны критерии надежности и качества (таблица 2). Лучшие показатели общей оправдываемости прогноза осадков U остаются за Ансамблевым прогнозом: средняя за год оценка 80,1%, что на 1,8% выше синоптического прогноза. В холодный период (апрель-октябрь) хорошие результаты показал прогноз по модели ПЛАВ: 81,5%, у Ансамблевого прогноза 80,6%. Однако в теплом периоде метод ПЛАВ с оправдываемостью 67,6% значительно уступил и Ансамблевому прогнозу (79,7%) и синоптическому (79,2%). Факт отсутствия осадков Uб.ос. всеми методами прогнозируется надежно, особенно это относится к прогнозу синоптика (93,3%) и к прогнозу по радиозонду в технологии ГИС Метео (96,1%). Намного хуже прогнозируется факт наличия осадков: Uос. у Ансамблевого прогноза 62,5%, у синоптического 58,5%, наиболее низкая у прогноза по радиозонду 48,2%. Однако за счет того, что последний из упомянутых методов часто дает «лишние» прогнозы с осадками, у него самая высокая предупрежденность факта выпадения осадков (89,9%), поэтому суммарный показатель Пос+Uос достаточно высок 138,1% и лишь немного уступает Ансамблевому прогнозу (138,7%) и синоптическому (139,8%). Можно отметить, что в годовом распределении показателей успешности лучше предсказываются осадки холодного периода Uос, независимо от их количества (по факту выпадения), чем осадки теплого периода. Однако одновременно снижается предупрежденность факта выпадения осадков Пос. То есть становится меньше «лишних» прогнозов с осадками, но при этом идет снижение их предупрежденности. Снижается и суммарный показатель успешности прогноза наличия осадков Пос+Uос.. В период ноябрь-март лишь Ансамблевый прогноз заблаговременностью 24 часа и прогноз по радиозонду той же заблаговременности удовлетворяют критерию успешности 130% по суммарному показателю прогноза наличия осадков: 141,1% и 137,5% соответственно. Критерии Багрова и Пирси-Обухова во всех случаях удовлетворительны и колеблются от 0,3 до 0,7.


Таблица 2
Оценка автоматизированных прогнозов осадков заблаговременностью 24-36 часов
для Екатеринбурга по факту наличия и отсутствия осадков в сравнении с синоптическим

Отдельно рассчитаны показатели успешности прогноза умеренных и сильных осадков
(таблица 3).


Таблица 3
Оценка автоматизированных прогнозов умеренных и сильных осадков в Екатеринбурге
в сравнении с синоптическим методом

Поскольку случаев сильных осадков было мало (отмечено два случая), то они рассматривались в комплексе с умеренными осадками. Оправдываемость факта выпадения умеренных осадков (включая сильные) у Ансамблевого прогноза (65,7%), у прогноза по радиозонду 64,2%, низкая у синоптического метода (38,8%). Предупрежденность факта выпадения умеренных и сильных осадков низкая, наиболее высокие показатели у синоптика (47,5%) и у метода ПЛАВ (43,6%). Суммарный показатель ни у одного из методов не удовлетворяет критерию достаточной надежности, наиболее высокий чуть больше 100% (Ансамблевый прогноз и прогноз по радиозонду).


Выводы

1. Оправдываемость автоматизированных и синоптического прогнозов осадков коррелирует с количеством и частотой выпадения осадков: чем больше осадков, тем менее успешны прогнозы.
2. Ни один из рассмотренных методов в полной мере не удовлетворяет критериям качества.
3. Оценка Qкол.ос по Наставлению по КПП (РД 52.27.724-2009) показала преимущество Ансамблевого метода и прогноза осадков по модели ПЛАВ.
4. Прогноз факта отсутствия осадков прогнозируется всеми методами успешно с оправдываемостью выше 90%.
5. Прогноз факта наличия осадков лучше оправдывается у Ансамблевого метода и прогноза по радиозонду.
6. Автоматизированные методы с неудовлетворительным качеством прогнозируют умеренные и сильные осадки.

Предлагается применять в качестве консультативных методов при прогнозе осадков Ансамблевый прогноз Гидрометцентра России и метод прогноза по радиозонду, реализованный в ГИС Метео.


Литература

1. Методические указания. Проведение производственных (оперативных) испытаний новых и усовершенствованных методов гидрометеорологических и гелиогеофизических прогнозов. РД 52.27.284-91. – Л.: Гидрометеоиздат, 1991 г.
2. Наставление по краткосрочным прогнозам погоды общего назначения. РД 52.27.724 – 2009. Обнинск «ИГ – СОЦИН» 2009 г.
3. Информационный сайт «Методический кабинет Гидрометцентра России»
4. Официальный сайт Гидрометцентра России
5. Информационный сборник № 32 Результаты испытания новых и усовершенствованных методов и моделей гидрометеорологических прогнозов (под редакцией к.г.н. Г.К.Веселовой. Гидрометцентр России 2006)


Контакты

Г.А. Шепоренко, главный синоптик
С.М. Вдовенко, вр.и.о. начальника ФГБУ «Свердловский ЦГМС-Р»
ФГБУ «Свердловский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды с региональными функциями»


© Методический кабинет Гидрометцентра России