Отчет о результатах испытания гидродинамического прогноза осадков по территории Республики Саха (Якутия) в теплый период года на основе региональной модели прогноза метеорологических элементов заблаговременностью до 48 ч.

Региональная гидродинамическая модель прогноза метеорологических полей для Дальневосточного региона (автор модели В.М. Лосев – Гидрометцентр России, автор оперативной технологии расчетов, системы представления прогностической продукции и доведения ее до потребителя – Е.М. Вербицкая, ДВНИГМИ) на сегодняшний день единственная автоматизированная технология расчета осадков по территории Республики Саха (Якутия). Выходная продукция модели поступает в отдел метеорологических прогнозов Якутского Гидрометцентра на рабочее место синоптика с февраля 2004 г. в удобном для работы прогнозиста виде. Она содержит прогнозы барического поля и зон осадков различной интенсивности на каждый час, с заблаговременностью от 7 до 48 ч, рассчитанные по исходному сроку 12 ч UTC.

Оперативные испытания указанного метода прогноза осадков проводились в теплый период года (июнь–сентябрь) 2004 г.

В оперативном режиме было получено и оценено 3817 прогнозов осадков по территории Республики Саха (Якутия) и 345 прогнозов по г. Якутску.

Оценка методических прогнозов осадков проводилась в соответствии с рекомендациями [1] отдельно для территории и пункта. При ее выполнении решались две задачи: определение успешности прогнозов осадков и выявление наиболее характерных причин ошибочных прогнозов.

При выполнении работы использовались имеющиеся в распоряжении синоптиков карты экстремальной температуры воздуха и осадков, кольцевые карты погоды, карты барической топографии, снимки облачности с ИСЗ.

Оценка прогнозов выполнялась по факту выпадения и отсутствия осадков, а также по факту наличия осадков количеством более 1мм/12ч отдельно по каждому из 11 синоптико-географических районов, выделенных на территории Республики Саха (Якутия).

Карта-схема синоптико-географических районов территории Республики Саха (Якутия)

При этом не учитывалось время начала и окончания дождя и его продолжительность. В соответствии с действующим Наставлением [2] за факт наличия осадков принималось выпавшее их количество ≥0,0мм/12ч.

Полученные результаты выполненной оценки приведены в таблицах 1 и 2. В таблице 1 представлены характеристики успешности прогнозов факта выпадения осадков по каждому синоптико-географическому району и в целом по территории Республики Саха (Якутия). В таблице 2 представлены аналогичные характеристики для прогнозов факта выпадения осадков по г. Якутску.


Анализ оправдываемости методических прогнозов
За исследуемый период (июнь-сентябрь) было оценено по 115-116 прогнозов для заблаговременности 24, 36 и 48 ч в каждом из 11 синоптико-географических районов. В целом на рассматриваемой территории оценено 1265 прогнозов осадков на 24 ч и по 1276 прогнозов для заблаговременности 36 и 48 ч. Методические прогнозы осадков по г. Якутску сравнивались с прогнозами, составленными синоптиками оперативно. Выполнен анализ синоптических ситуаций в общей сложности для 674 ошибочных прогнозов осадков.

Как видно из таблицы 1, оправдываемость прогнозов наличия осадков при заблаговременности 24 и 36 ч в большинстве районов превышала 90 %. При заблаговременности прогнозов 48 ч она колебалась от 80 до 98 %. Однако в центральной части Якутии (районы I и II) оправдываемость прогнозов наличия осадков оказалась ниже и составила 82-87 % (на 36 ч) и 71-68 % (на 48 ч). Предупрежденность случаев с осадками по всем районам находилась в пределах 51-71%. Этот показатель ниже оправдываемости прогнозов наличия явления на 10-20 % и только на северо-востоке территории он составил 83-89 %.

Прогнозы отсутствия осадков в целом по республике при различных заблаговременностях имели оправдываемость на 8 -17 % ниже по сравнению с оправдываемостью прогнозов их наличия. При этом самая низкая оправдываемость прогнозов отсутствия осадков (50-54%) имела место на юге республики (IV район) при заблаговременности прогнозов 24 и 48 ч, а самая высокая оправдываемость таких прогнозов (83-89 %) – на востоке республики (X район). Предупрежденность случаев отсутствия осадков была весьма высокой как по отдельным районам, так и в целом по рассматриваемой территории (от 93% при заблаговременности 24 ч до 86% при заблаговременности 48 ч).

Рассматривая рассчитанные характеристики качества прогнозов по различным районам (таблица 1), можно отметить, что относительно низкие показатели оказались в центральных (I-м и II-м) районах.
Так, прогнозы осадков заблаговременностью 48 ч в I-м районе имели значение критерия качества Пирси-Обухова Т=0,33, суммарный показатель Uяя=122. Во II районе у прогнозов осадков на 24 и 48 ч критерий качества Т=0,43-0,44 и суммарный показатель Uяя=129-127. Однако следует заметить, что величина Т, равная 0,3, уже свидетельствует о практической значимости прогнозов. Прогнозы факта выпадения осадков по остальным районам Якутии модель прогнозировала с вполне удовлетворительными и хорошими показателями критерия качества Т и суммарного показателя Uяя.

Анализируя количественные величины выпавших осадков, следует отметить, что дожди количеством более 20 мм/12ч в период с июня по сентябрь 2004 г. на территории Республики Саха (Якутия) не прогнозировались ни разу. При фактических сильных дождях количеством 15 мм и более (в том числе локальных) в 20 % случаев (16 из 83) в прогнозе была формулировка «отсутствие без осадков».

Анализируя прогнозы осадков по частям суток, можно заметить, что на ночь они имели лучшие показатели успешности, чем на день, включая прогноз на день при заблаговременности 24 ч.

Характеристики качества методических прогнозов факта выпадения осадков в г. Якутск в сравнении с аналогичными характеристиками оперативных прогнозов синоптиков приведены в таблице 2. Эти данные показали, что оправдываемость методических прогнозов по городу несколько ниже, чем в целом по центральному I району (таблица 1). Так, оправдываемость прогнозов наличия осадков на 24-48 ч по городу оказалась ниже на 9–2% и составила 82-69%, предупрежденность ниже на 15-6% при ее значениях 45-49%. Критерий качества прогнозов по городу Т=0,43-0,34, а суммарный показатель Uяя=127-114%.

Синоптические прогнозы осадков за этот же период были лучше методических прогнозов по большинству характеристик успешности. Так, оперативными прогнозами выпадение дождей было предусмотрено в 64-49% случаев, в то время как методическими прогнозами – в 45-49% случаев. У прогнозов синоптиков были более высокие величины критерия качества Т=0,51-0,39 и суммарный показатель Uяя=140-125.

Анализ 21 прогноза осадков, выполненный для Якутска в случаях выпадения осадков количеством более 1 мм/12ч (таблица 3), показал, что моделью они были предусмотрены в 14 случаях (предупрежденность около 67%). Но при этом в двух случаях интенсивных дождей количеством 12мм/12ч (13 августа) и 16 мм/12ч (9–10 августа) заблаговременностью более 24 ч прогнозы давали формулировку «отсутствие осадков». В указанных случаях интенсивных дождей синоптический прогноз имел формулировки «кратковременный дождь» и «временами дождь». Для всех указанных случаев были проанализированы синоптические ситуации, обусловившие выпадение осадков.


Анализ причин ошибочных прогнозов
В процессе анализа причин ошибочных прогнозов осадков в первую очередь определялось соответствие прогностического поля давления фактическому полю давления. Для этого использовались приземные карты погоды за 00 и 12 UTC, кольцевые карты за все имеющиеся сроки. Кроме этого для выявления и анализа синоптической ситуации привлекались карты барической топографии и снимки облачности с ИСЗ. В результате выполненного анализа имевшие место ошибки и причины неудачных прогнозов осадков были разделены на 3 группы и несколько подгрупп (таблица 4).

I.  К первой группе отнесены ошибочные прогнозы осадков, обусловленные ошибками в прогнозах барического поля.
  1.  Ошибки в местоположении и эволюции циклонов, в учете влияния циклогенеза на волнах холодного фронта, особенно при заблаговременности прогнозов 36-48 ч, т.е. на завтрашний день. Примерами могут служить прогнозы осадков: на 15 июня в I, II и III районах, на 20 июня в VII и VIII районах, на 29 июня в VI районе, на 7 и 10 июля в VI, VII районах, на 11 июля в IX районе, на 21-23 июля в 1, II и III районах, на 8-9 сентября в VI, VIII, ХI районах.
  2.  Ошибки в положении ложбин и гребней. Например, прогнозы осадков на 10 июня в VI, VII районах, на 14 июля в западных и центральных районах республики, на 15 июля в юго-западных районах, на 20 и 27 июля – в центральных районах, на 9 августа – на юге VIII района.
  3.  Ошибки в прогнозе осадков по территории, когда прогноз барического поля соответствовал фактическому полю давления, а дожди выпали в соседнем синоптико-географическом районе. Возможно, что это было связано с менее значимой ошибкой в прогнозе положения барического объекта. Например, прогнозы осадков на 3 июня по I району заблаговременностью 24 ч, на 1 сентября по V району.

II.   Ко второй группе отнесены случаи, когда ошибка в прогнозе основных барических объектов на приземной карте не так очевидна, как в I группе. Истинную причину этих ошибок выявить трудно, т.к. они могут быть связаны с ошибками в расчетных полях верхних уровней, недостатком аэрологических данных из-за редкой сети, синоптическим процессом мезомасштабного характера и т.п. Поэтому в анализе дана краткая характеристика синоптических условий дождей или их отсутствия.
  1.  Не прогнозировались дожди в малоградиентном барическом поле у поверхности Земли в тылу циклонических объектов, при этом на изобарической поверхности 500 гПа наблюдалась замкнутая циклоническая циркуляция, а на снимке ИСЗ – облачная полоса вихревой структуры. Дожди выпадали из этой облачной полосы. На приземной синоптической карте ей соответствовал фронт окклюзии. Например, прогнозы осадков на 18 июня на северо-западе республики и на 19 июня в районе Колымы, на 24 июня в VII и на юге VIII района, на 26 и 27 июня в районе р. Колымы.
  2.  Не всегда рассчитывались дожди на фронтах окклюзии, перемещающихся из южных широт. На изобарической поверхности 850 гПа они выражены узким гребнем тепла, а на снимке ИСЗ имеют вид небольшой облачной полосы из кучево-дождевых облаков (12 августа в III и IV районах, 25 августа в IV районе).
  3.  Не всегда прогнозировались дожди в случаях, когда на приземной синоптической карте наблюдалась южная периферия приземных арктических антициклонов (гребней) при циклонической кривизне изогипс на изобарической поверхности 500 гПа (30 августа в прогнозах на 24 ч в V, VI, VII, VIII и ХI районах; 7 сентября в прогнозе на 36 ч в XI районе; 8 сентября – на севере VIII и северо-западе IX района).
  4.  Иногда дожди прогнозировались в зоне существенных контрастов температуры на изобарической поверхности 850 гПа, однако дожди не наблюдались. При этом наблюдалось усиление гребня (антициклональной кривизны изогипс) на уровне изобарической поверхности 500 гПа в передней части волнового возмущения или при развитии «южных» циклонов. (Например, 2 июня во II районе; 26 и 27 августа во II районе в прогнозе на 24 ч; 28 и 29 августа в III районе; 30 августа в I, II и III районах). Отсутствовали дожди при наличии зоны контрастов температуры на изобарической поверхности 850 гПа под передней частью высотного гребня (12 июля в XI районе и 13 июля в IV районе).
  5.  Иногда при удовлетворительном прогнозе барического поля у поверхности Земли в зоне фронтального раздела ожидалось отсутствие осадков (18 июня в IV, V и VII районах при заблаговременности 24 ч; 19 июня в I районе при заблаговременности 24 ч; 28 июня в VII и V районах).

III.  К третьей группе ошибок отнесены случаи с дождями, формирующимися при прохождении атмосферных фронтов, и внутримассового характера (как правило, ливневыми). Они чаще наблюдались в дневное время, по интенсивности – небольшие и умеренные.


Выводы и рекомендации к внедрению
В целом выполненный анализ показал, что основной причиной ошибочных прогнозов осадков являлись ошибки в прогнозах местоположения и эволюции циклонических объектов и связанных с ними фронтальных зон.

Учитывая вышеизложенные результаты испытаний и выполненный анализ ошибочных прогнозов, Технический совет Якутского УГМС мая 2005 г. рекомендовал:
–  использовать в оперативной практике модельные прогнозы осадков по территории республики в качестве дополнительной информации;
–  по мере совершенствования региональной гидродинамической модели продолжить оценку прогнозов осадков по территории республики Саха (Якутия) в теплое полугодие.


Список литературы
1.  Методические указания по проведению производственных (оперативных) испытаний новых и усовершенствованных методов гидрометеорологических и гелиогеофизических прогнозов. РД 52.27.284-91.-Л.: Гидрометеоиздат, 1991, 150с.
2.  Наставление по краткосрочны прогнозам погоды общего назначения (РД 52.88.629-2002).-СПб.: Гидрометеоиздат, 2002, 42с.


Контакты
Панасенкова В.А.
Отдел метеорологических прогнозов Якутского Гидрометцентра
E-mail: syn@mts1.ykut.mecom.ru


© Методический кабинет Гидрометцентра России