О результатах апробации метода прогноза осадков в холодный период года
с привлечением цифровой информации радиометра АVHRR спутниковой серии NОАА, принимаемой на аппаратно-программных комплексах «СканЭкс» и «Алиса» в Гидрометцентре Мурманского УГМС



В январе-марте 2006 года в Мурманском гидрометцентре проведено испытание метода прогноза осадков в холодный период года с привлечением спутниковой информации. Использовалась цифровая информация радиометра АVHRR со спутников NОАА - 12 и NОАА – 15, получаемая при помощи АПК «СканЭкс» и «Алиса». Метод разработан О.В. Переведенцевой в Самарском ЦГМС – Р.

В основу методики заложена эмпирически установленная связь между радиационной температурой на верхней границе облачности и количеством выпадающих из этой облачности осадков.

Специалистов Гидрометцентра Мурманского УГМС интересовала эффективность метода при атмосферных процессах, развивающихся над неосвещенной территорией, так как в зоне ответственности Мурманского УГМС в зимний период до 70% случаев формирование и развитие атмосферных процессов происходит над неосвещенной метеорологическими наблюдениями территорией. В этих случаях огромное значение имеет спутниковая информация.

Для испытания метода были выбраны г. Мурманск и п. Баренцбург (архипелаг Шпицберген). Почти вся территория, прилегающая к п. Баренцбург, не освещена метеорологической информацией. Сложности прогнозирования погоды в районе Мурманска возникают при влиянии синоптических процессов, приближающиеся с севера (с Баренцева и Гренландского морей). Там наблюдения за погодой производит очень ограниченное количество судов, большинство из которых находится чаще всего в прибрежной зоне. Поэтому в некоторых случаях только успешная дешифровка облачности помогает правильно составить прогноз погоды или заблаговременно его уточнить.

При испытании метода для расчета использовались:
- прогностические карты АТ-700 гПа гидродинамической модели Регионального специализированного метеорологического центра Великобритании (РСМЦ Экзетер);
- фактические карты АТ- 700 гПа за 00 всв, по которым вручную строились прогностические траектории;
- карты ГВЦ диагноза и прогноза вертикальных движений воздуха на уровне 850 гПа;
- прогноз относительной влажности на уровнях 850 гПа, 700 гПа, 500 гПа гидродинамической модели РСМЦ Экзетер.

Прогностические траектории строились вручную, т.к. с 2000 г. в Мурманском ГМЦ в ГИС МЕТЕО компонента построения траекторий по схеме ГРИД отсутствует. По этой же причине нельзя было наложить прогностическую траекторию на изображение, полученное со спутника, данные о радиационной температуре на верхней границе облачности снимались по географическим координатам траектории.

Оценка прогноза осадков выполнена согласно «Наставлению по краткосрочным прогнозам погоды общего назначения» 2002 г. (таблицы 1, 2).

В январе-марте осадков по Мурманской области выпало меньше нормы, поэтому было рассмотрено недостаточное количество случаев с умеренным и сильным снегом.


Таблица 1. Оправдываемость прогноза количества осадков по г. Мурманску

Прогноз Количество осадков Оправдываемость прогноза осадков
на 12 часов 37 77 %
на 24 часа 38 74 %
на 36 часов 30 78 %


Таблица 2. Оправдываемость прогноза количества осадков по ЗГМО Баренцбург

Прогноз Количество осадков Оправдываемость прогноза осадков
на 12 часов 37 77 %
на 24 часа 33 82 %
на 36 часов 22 84 %

Над акваторией Баренцева моря при адвекции холодного воздуха на теплую водную поверхность происходит формирование мощной кучево-дождевой облачности. Такая ситуация зимой имеет высокую повторяемость. При северных ветрах из кучево-дождевых облаков идут обильные снежные «заряды». Количество выпавших осадков иногда может быть большим (4-8 мм за 12 часов). Поэтому при испытании метода анализировались случаи выпадения осадков «зарядами». Оценка прогноза осадков «зарядового характера» приведена в таблице 3.


Таблица 3. Оправдываемость прогноза осадков зарядового характера по г. Мурманску

Мурманск Прогноз Количество осадков Оправдываемость прогноза осадков
на 12 часов 8 77 %
на 24 часа 10 74 %
на 36 часов 9 78 %

В соответствии с «Методическими указаниями по проведению производственных (оперативных) испытаний новых и усовершенствованных методов гидрометеорологических и гелиогеофизических прогнозов» были рассчитаны средняя абсолютная и системная ошибки (таблицы 4 и 5).


Таблица 4. Показатели успешности прогнозов количества осадков по г. Мурманску

  Прогноз на 12 час. Прогноз на 24 час. Прогноз на 36 час.
Средняя абсолютная ошибка
(мм/12 час)
1.1 1.1 0.8
Средняя (систематическая) ошибка 0.0 0.6 -0.1



Таблица 5. Показатели успешности прогнозов количества осадков по ЗГМО Баренцбург

  Прогноз на 12 час. Прогноз на 24 час. Прогноз на 36 час.
Средняя абсолютная ошибка
(мм/12 час)
1.3 1.1 1.1
Средняя (систематическая) ошибка 0.2 0.2 -0.1


Успешность прогнозов факта выпадения осадков для г. Мурманска (таблица 6) и п. Баренцбург (таблица 7) характеризовали значения критерия качества Пирси-Обухова соответственно значения Т в диапазоне от -0.21 до 0.41, а для Баренцбурга - в диапазоне от -0.1 до 0.34.


Таблица 6. Показатели успешности прогнозов осадков по факту по г. Мурманску

  Прогноз на 12 час. Прогноз на 24 час. Прогноз на 36 час.
Общая оправдываемость прогноза осадков (%) 78 55 63
Оправдываемость факта наличия осадков (%) 93 77 94
Предупрежденность факта наличия осадков (%) 81 65 63
Оправдываемость прогноза отсутствия осадков (%) 33 8 17
Предупрежденность факта отсутствия осадков (%) 60 14 67
Критерий качества прогноза (критерий Пирси - Обухова) 0.41 -0.21 0.30



Таблица 7. Показатели успешности прогнозов осадков осадков по факту по ЗГМО Баренцбург

  Прогноз на 12 час. Прогноз на 24 час. Прогноз на 36 час.
Общая оправдываемость прогноза осадков (%) 70 78 82
Оправдываемость факта наличия осадков (%) 77 79 84
Предупрежденность факта наличия осадков (%) 90 92 94
Оправдываемость прогноза отсутствия осадков (%) 0 60 67
Предупрежденность факта отсутствия осадков (%) 0 33 50
Критерий качества прогноза (критерий Пирси - Обухова) -0.10 0.25 0.34

Следует отметить, что оценка количества осадков по «Наставлению» (таблицы 1 и 2) крайне несовершенна. Например, в прогнозе дано «без осадков», фактически выпало 4 мм снега, а Р = 50%. Очевидно, что в этом случае прогноз не оправдался. Поэтому, если к оценке подходить строже, то общая оправдываемость прогноза осадков по испытываемому методу будет значительно ниже.


Преимущества метода
Данный метод дает возможность по значению радиационной температуры при анализе снимков ИСЗ получить количественную характеристику осадков, что особенно важно при процессах с неосвещенной метеорологическими данными территории.


Недостатки метода
1. Трудоемкость метода, так как проведение расчета занимает около 1 часа.
2. Иногда радиационная температура над облачностью имеет большой диапазон, что затрудняет вычисление средней температуры. Например: смещается обширная облачная полоса, по виду с однородной структурой облачности, без просветов, а снятая радиационная температура на снимке одного из каналов колеблется в пределах от 200 до 240°.
З. Расчетный метод не дает возможность оценить интенсивность осадков «зарядами», так как радиационная температура над кучевой облачностью высокая.
4. В ряде случаев невозможно было произвести расчет количества осадков при отсутствии двух качественных снимков ИСЗ (NОАА - 12 или NОАА - 15), близких по времени приема к 00-03 ч ВСВ, как того требует методика, так как на снимках были помехи или прогностическая траектория выходила за пределы ИСЗ.

Предложение
Построить графики для расчета осадков для других спутников, например для NOAA- 18 (прием информации с NOAA- 18 осуществляется без проблем).


Решение Техсовета Мурманского УГМС
Результаты испытания метода прогноза осадков в холодный период года с привлечением цифровой информации радиометра AVHRR спутниковой серии NOAA, принимаемой на аппаратно-программном комплексах «СканЭкс» и «Алиса, были доложены на Техническом совете МУГМС 27 апреля 2006 г.
Технический совет постановил, что данный метод может использоваться в зимний период в качестве консультативного метода при прогнозировании осадков, связанных с фронтальными разделами и слоистой облачностью.


Контакты:
E-mail: weather@kolgimet.ru
начальник Гидрометцентра Мурманского УГМС - Н.В. Рыбчак,
главный синоптик - Е.С. Терентьева,
ведущий специалист отдела метеопрогнозов - Н.В. Алдарова


© Методический кабинет Гидрометцентра России