Результаты сравнительного анализа успешности прогнозов температуры воздуха, составленных схемой РЭП, и синоптического прогноза по г. Курску на первые сутки

В отделе метеорологических прогнозов ГУ «Курский ЦГМС-Р» в 2008-2009 гг. проводился сравнительный анализ успешности прогнозов температуры воздуха на первые сутки для города Курска, составленных схемой РЭП в двух вариантах (РЭП-1 и РЭП-2) с целью выработки дополнительных практических рекомендаций для дальнейшего использования в прогностической деятельности. Эта работа явилась продолжением испытаний, проводимых в 2006-2007 гг. для РЭП-1.

Прогнозы РЭП-1 и РЭП-2 поступают в ГУ «Курский ЦГМС-Р» по каналам связи АСПД соответственно в 4.30 и в 7.30 по московскому времени.

В таблицах 1-3 представлены показатели успешности прогнозов минимальной и максимальной температуры воздуха, рассчитанных для Курска на основе технологии РЭП (РЭП-1, РЭП-2), а также синоптических прогнозов экстремальной температуры по Курску за период с января по декабрь 2008 г. На рисунках 1–2 приведены средние оправдываемости синоптических прогнозов минимальной и максимальной температуры и оправдываемости аналогичных прогнозов по технологии РЭП.

Оценка минимальной и максимальной температуры по схеме РЭП, аналогично оценке синоптических прогнозов, осуществлялась в соответствии с «Наставлением по краткосрочным прогнозам общего назначения (РД 52.88, 629 - 2002)» и Методическими указаниями РД 52.27.284-91, при этом прогностическое значение температуры принималось за середину интервала и сравнивалось с фактическим значением с допуском 3,5° в ту и другую стороны.

Количество прогнозов синоптических и по схеме РЭП в рассматриваемый период составило 366, 361 и 360 и различалось соответственно на 6 и 5 прогнозов. Поэтому результаты сопоставления были получены не по всем датам и это несколько снизило общую достоверность сравнения.


Рис. 1



Рис. 2

Средняя оправдываемость прогнозов минимальной температуры воздуха для Курска оказалась высокой и близкой по значениям у всех трех вариантов – 96.7; 97.0 и 97.2 % соответственно. Оправдываемость прогнозов максимальной температуры в целом ниже, чем прогнозов минимальной температуры, но у синоптического прогноза всего на 1% - 95.8%, вариант РЭП-2 несколько уступил синоптикам – 93.5%, РЭП-1 – еще ниже – 91%. Таким образом, в результате анализа подтверждены результаты более высокой успешности прогнозов минимальной температуры воздуха по сравнению с максимальной температурой и выявлено преимущество прогнозов РЭП-2 по сравнению с РЭП-1.






Из представленных данных с видно, что средняя оправдываемость синоптических прогнозов по месяцам заметно колеблется: у минимальной температуры от 86.2 до 100%, у максимальной температуры от 76.7% до 100%; оправдываемость прогнозов РЭП-1 от 89.7 до 100% и от 73.3 до 100; а оправдываемость прогнозов РЭП-2 от 93.1 до 100 и от 75.9 до 100% соответственно. Таким образом, разброс средней оправдываемости прогнозов минимальной температуры по месяцам более заметен у синоптических прогнозов, а максимальной – у РЭП-1. Причем, у синоптиков и у варианта РЭП-1 самая низкая успешность прогнозов минимальной температуры была в феврале, а максимальной температуры — в апреле, у РЭП-2 в апреле отмечалась самая низкая оправдываемость прогнозов минимальной и максимальной температуры.

Анализ полученных результатов показал, что по наличию 100% оправдываемости прогнозов минимальной температуры воздуха рассматриваемые варианты прогнозов распределились следующим образом: у РЭП-1 было наибольшее число месяцев - 6 (май, июнь, июль, сентябрь, октябрь и ноябрь); у РЭП-2 таких месяцев было 5 (январь, май, июнь, сентябрь и ноябрь); у синоптиков число таких месяцев наименьшее – всего 4 (май, июнь, октябрь, ноябрь). По числу месяцев со 100% оправдываемостью прогнозов максимальной температуры воздуха очередность вариантов распределилась в обратном порядке: у синоптиков 4 месяца – март, июнь, август и декабрь, у РЭП-2 – 3 месяца – январь, июль и сентябрь, и всего 1 месяц у РЭП-1 – январь.

Средняя абсолютная ошибка прогнозов минимальной и максимальной температуры воздуха за год у синоптиков и РЭП-1 оказалась одинаковой и составила 1.2°С и 1.5°С соответственно, у РЭП-2 – 1.1°С и 1.4°С, что в пределах принятого допуска при оценке успешности прогнозов.

Анализ средней арифметической ошибки показал, что минимальная прогностическая температура чаще бывает занижена как в прогнозах РЭП, так и у синоптика, но по схеме РЭП-1 и РЭП-2 ошибка составила всего минус 0.1°С, а синоптического прогноза - минус 0.3°С. При этом максимальная температура у прогнозов РЭП чаще завышена (плюс 0.2°С и 0.1°С соответственно, а у синоптика – занижена (минус 0.2°С) по сравнению с фактическими ее значениями. Средняя относительная ошибка прогнозов минимальной температуры у вариантов РЭП-1 и РЭП-2 составила 0.51 и 0.49 относительная ошибка прогнозов максимальной температуры – 0.64 и 0.58, у прогнозов синоптика – 0.53 и 0.60 соответственно.

За 12 месяцев 2008 года, в отличие от предыдущего периода испытаний (июль 2006 г. – июнь 2007 г.), выявлено всего 12 случаев не оправдавшихся синоптических прогнозов минимальной температуры (против 18 в предыдущий период) и 15 прогнозов - максимальной температуры воздуха (против 22 в предыдущий период)). При этом у отдельных синоптиков за год не оправдались всего лишь по 1 прогнозу ночной температуры и по два прогноза дневной температуры. Число не оправдавшихся прогнозов максимальной температуры, составленных схемой РЭП-1, уменьшилось вдвое и составило всего 10 (против 20) , число случаев не оправдавшихся прогнозов минимальной температуры снизилось незначительно – до 32 (против 34 случаев). Число неудачных прогнозов ночной температуры по схеме РЭП-2 в течение 2008 года также составило 10, а дневной – значительно меньше, чем у РЭП-1 – всего 23, но это на 8 случаев больше, чем у синоптиков. Хотя подобные сопоставления можно считать не достаточно корректными, однако уменьшение числа неточных прогнозов как у синоптиков, так и схемы РЭП позволяет надеяться на повышение надежности прогнозов экстремальной температуры воздуха. Такое улучшение показателей в целом за год можно объяснить и преобладанием в 2008 году зональной, более устойчивой циркуляции атмосферы в средних широтах европейской России.

Однако, в переходный сезон, в течение апреля, было отмечено увеличение числа неудачных дневных прогнозов как у синоптиков (2-5, 14-15 и 22.04) так и РЭП-2 (2-4, 14-16 и 22.04).
Данный месяц в Центральном Черноземье оказался аномально теплым. В первой половине апреля в ряде областей Центрального Черноземья были перекрыты абсолютные максимумы. На 3 и даже 4 недели раньше обычных сроков произошло повышение среднего температурного фона до плюс 10°С. В первой половине месяца все неудачные прогнозы занижали температуру воздуха и имели отрицательную арифметическую ошибку. По-видимому, возникали ошибки при учете адвекция тепла в приземном слое воздуха при преобладающем восточном ветре (в переходной зоне между северным антициклоном и южным циклоном и в передней части южного циклона).
Во второй половине месяца, наоборот, все прогнозы завышали температуру воздуха и имели положительную арифметическую ошибку. При этом отмечалась частая смена воздушных масс в результате смещения серии циклонов с юго-запада, когда днем нередко отмечался аномальный ход температуры в тылу циклонов. В этом же месяце минимальная температура у синоптиков не оправдалась однажды - 26.04, а у РЭП-2 - дважды – 17.04 и 26.06 при аналогичных синоптических условиях.
В мае, число случаев с ошибочными прогнозами максимальной температуры у РЭП-2 достигло 3 (7, 8 и 28.05) против 1 у синоптиков (7.05). Во всех случаях ошибки связаны с нырянием циклонов с северо-запада – резкой сменой погодных условий, при этом все неудачные прогнозы завышали температуру по отношению к фактическому ее значению.
Таким образом, в переходный период от зимы к лету редкая и значительная аномалия среднего температурного фона, резко меняющиеся погодные условия, не точный учет адвекции тепла в приземном слое воздуха при преобладающем восточном ветре, наблюдающемся в переходной зоне между северным антициклоном и южным циклоном и в передней части южного циклона, оказали наибольшее влияние на увеличение числа неудачных прогнозов.
Значительное число ошибок - 4 случая, также было допущено в прогнозах максимальной температуры вариантом РЭП-2 в следующий переходный сезон – в ноябре (10,11,12 – занижение температуры и 26 - ее завышение). Синоптический прогноз не оправдался только 11 ноября. В период 10-12 ноября неточными были ночные прогнозы и РЭП-1. При этом факторы, которые недостаточно были учтены - это значительная адвекция теплого воздуха в приземном слое атмосферы, на северо-западной периферии антициклона, при безоблачной погоде, южном и юго-западном ветре. Надо отметить, что в этом же месяце все прогнозы минимальной температуры как у синоптиков, так и РЭП-1 и РЭП-2, были успешными и их средняя оправдываемость составила 100%.
В целом за год число неудачных завышенных синоптических прогнозов минимальной температуры составило 4, заниженных - в 2 раза больше – всего 8, у РЭП-2 – имелось по 5 прогнозов с положительной и отрицательной арифметической ошибками. Не оправдавшиеся прогнозы дневной температуры у синоптиков и РЭП- 2 занижены одинаковое число раз – по 9, а завышены у синоптиков лишь 6 раз, а РЭП-2 – более чем в два раза – всего 14 . Однако, даты, когда совпали неточные прогнозы минимальной температуры у синоптиков и у РЭП-2 - лишь в 4 - это 22 февраля, 30 марта (занижены) и 20 августа и 27 декабря (завышены). Число совпавших дат ошибочных прогнозов дневной температуры (основной вклад апреля) достигло 11 – это 4 и 9 февраля, 3,4,14,15 и 24 апреля, а также 5 октября и 11 ноября.

Проведенный анализ дает основание предполагать, что причины ошибок у синоптиков и РЭП-2 несколько отличаются. Ошибочные синоптические прогнозы обусловлены, в ряде случаев, субъективным фактором, что следует из отрицательной абсолютной ошибки и преобладающего числа заниженных прогнозов, в которых как бы заложена «перестраховка» нижнего предела минимальной температуры. В расчетной схеме РЭП субъективный фактор отсутствует, но бывают менее удачными прогнозы при резкой смене воздушных масс, в ряде случаев недостаточно учитывался суточный ход дневной температуры и направление ветра в приземном слое воздуха.


Выводы

1. Анализ успешности прогнозов экстремальной температуры схемой РЭП в исследуемый период с января по декабрь 2008 г. по Курску вновь показал высокие результаты и подтвердил важность их использования в качестве основных при составлении прогнозов погоды на первые сутки.
2. Анализ прогнозов РЭП-1 и РЭП-2 показал более высокую успешность прогнозов минимальной температуры по сравнению с максимальной, а в результате их сравнительного анализа выявлено преимущество прогнозов РЭП-2 по отношению к РЭП-1.
3. Прогнозы, составленные схемой РЭП, наиболее надежны при стабильных синоптических процессах. В переходные сезоны резко меняющиеся погодные условия, недоучет значительной адвекции теплого воздуха в приземном слое атмосферы при восточном, южном и юго-западном направлениях ветра оказали наибольшее влияние на увеличение числа неудачных прогнозов. Также в расчетной схеме РЭП значительное число неудачных прогнозов максимальной температуры объясняется недостаточным учетом ее суточного хода.
4. Испытания имели практическое значение с точки зрения выявления причин ошибочных синоптических прогнозов, которые, в ряде случаев, были обусловлены субъективным фактором, что следует из отрицательной абсолютной ошибки и преобладающего числа заниженных прогнозов минимальной температуры.


Рассмотрев полученные результаты сравнения, Технический совет ГУ «Курский ЦГМС-Р» 16 марта 2009 г. принял следующие решения:

1. Учитывая более высокую оправдываемость прогнозов РЭП-2, по сравнению с РЭП-1, рекомендовать оперативно-прогностическим подразделениям (ОПП) Центрально-Черноземного УГМС более приоритетное их использование при составлении прогнозов погоды на первые сутки.
2. Рекомендовать ОПП Центрально-Черноземного УГМС использовать в практической деятельности выводы, полученные в результате анализа синоптических прогнозов минимальной и максимальной температуры воздуха и прогнозов РЭП для совершенствования прогностической деятельности.
3. Для повышения успешности прогнозирования температуры воздуха в ГУ «Курский ЦГМС-Р» - продолжить, а в других ЦГМС - рекомендовать ОПП проводить анализ всех случаев не оправдавшихся прогнозов температуры воздуха по областным центрам региона деятельности Центрально-Черноземного УГМС.


Автор
П.П. Васильев, ГУ «Гидрометцентр России»

Материал подготовлен
начальником ОМП ГУ «Курский ЦГМС-Р» Черногубовой Ю. Я.
Тел.: 8 (471) 253-67-06


© Методический кабинет Гидрометцентра России