Автоматизированный метод прогноза осадков с детализацией интенсивности в 3-х градациях (от 11 до 34, от 35 до 49 и 50 мм/12 ч и более) на основе выходных данных региональной модели с заблаговременностью 12 и 24 ч
Прогноз осуществляется в рамках единого программного комплекса прогноза опасных конвективных явлений на ЭВМ ИТАНИУМ, т.е. в едином программном комплексе сначала рассчитывается региональная гидродинамическая модель метеоэлементов с шагом 75 км, а затем – модель конвекции и физико-статистический прогноз конвективных явлений.
Прогноз осадков рассчитывается с ежечасной дискретностью и на основе ежечасных прогнозов дается прогноз осадков указанных градаций на полусутки.
В блоке расчета одномерной стационарной модели конвекции рассчитываются параметры конвекции.
В блоке прогноза явления вычисляются дополнительно необходимые предикторы и рассчитываются прогностические уравнения. Прогнозы передаются потребителю в виде автоматизированных карт.
Основы метода прогноза осадков
Прогноз является результатом комплексирования 2-х методов прогноза: метод прогноза максимального количества осадков – основа прогноза во всех градациях; альтернативный метод прогноза ливней градации ОЯ – уточняющий для градации 
50мм/12ч.
Эмпирическая зависимость для смешанных (ливневых и обложных) осадков:
Эмпирическая зависимость для ливневых осадков:
Для расчета осадков со средней интенсивностью в выше приведенные эмпирические зависимости введен коэффициент на интенсивность конвекции L = f (Wm).
Окончательно:
эмпирическая зависимость для прогноза максимального количества осадков имеет вид:
Фактически зафиксированы осадки:
Костромская область – 39 мм
Ивановская область – 11 мм, град 3-5 см
Ярославская область - 34 мм
Наро-Фом-ск Моск. (Интернет) – 14 мм, град.
Фактически зафиксированы осадки: Брянcкая область – 30мм
Оценки успешности прогнозов ливней за летний период 2009-2010 г.
Расчет показателей успешности штормовых предупреждений об ОЯ
Показатели успешности прогнозов ливней
Результаты оценки прогнозов ливней за период с 15 мая по 15 сентября 2009-2010 гг.
Исх. срок 00 ВСВ прогноз на 12 ч
Исх. срок 12 ВСВ прогноз на 12 ч
Исх. срок 12 ВСВ прогноз на 12 ч
Исх. срок 00 ВСВ прогноз на 24 ч
Исх. срок 00 ВСВ прогноз на 24 ч
Исх. срок 12 ВСВ прогноз на 24 ч
Исх. срок 12 ВСВ прогноз на 24 ч
Причины ложных тревог
1. Недостаточная для таких явлений, как сильный ливневой дождь, сеть наблюдений. Большая часть фактически осуществленных явлений, особенно не в жилых районах (лес, поле), даже в донесениях остается не замеченными.
2. Плохо организован обмен имевшейся информацией об ОЯ с другими ведомствами (например, МЧС, страховыми компаниями).
3. До сих пор в России нет автоматизированной базы данных ОЯ, пригодной для автоматизированной оценки прогнозов. Главной причиной непригодности имеющейся информации донесений об ОЯ в автоматизированной обработке является отсутствие точных данных о месте осуществления ОЯ (географических координат). В донесениях часто даже не указываются пункты осуществления ОЯ, а перечисляются несколько областей (регионов ответственности), в которых местами осуществлялись ОЯ.
4. Для региональной модели начальными данными являются данные объективного анализа в достаточно грубой сетке (1.25°). В результате, на наш взгляд, в нескольких узлах модельной сетки метеорологические данные в тропосфере мало отличаются друг от друга, т.е. они сглажены в результате принятых тех или иных приемов интерполяции. Поэтому уже на стадии объективного анализа сглажены метеорологические поля, особенно это важно для влажности, площадные особенности распределения которой в приземном слое в значительной степени влияют на образование опасных конвективных явлений.
5. Не всегда точная привязка прогнозируемых модельных полей по площади, т.е. в отдельных случаях прогнозируемые процессы (центры циклонов, антициклонов, особенности барических полей) несколько сдвинуты по площади относительно фактических процессов. В результате этого бывают случаи, когда сильные ливни прогнозируются в соседних по отношению к факту областях.
6. Модельные прогнозы интенсивности процессов также сглажены по времени. Как показали оперативные испытания, опасные конвективные процессы наблюдаются на фронтах только в моменты максимального развития конвекции. А согласно прогнозу на основе модели такие явления прогнозируются и в соседних районах, где фронт проходил не в момент максимального развития. Поэтому при использовании прогнозов сильных ливней для консультации рекомендуется привязывать прогнозируемые зоны к линии фронта, проведенного синоптиком на основе анализа синоптической ситуации по всей доступной информации, а интенсивность прогнозируемого явления уточнять, учитывая момент максимального развития конвекции.
7. В перспективе необходимо усовершенствовать этот метод. Усовершенствование необходимо как региональной модели, так и подхода к прогнозу явления.
Для этого необходимо:
- повысить пространственное разрешение региональной модели для прогноза конвективных явлений в ближайшее время до 25 км. Такое пространственное разрешение близко к размерам суперячейковых облаков и кон
вективных комплексов, с которыми связано возникновение опасных конвективных явлений. На данном этапе уже разработана новая версия региональной модели с пространственным разрешением 25 км, которая основные метеорологические поля прогнозирует с сопоставимой с зарубежными моделями точностью. Для использования данного варианта модели при прогнозе опасных конвективных явлений необходимо решить проблему погашения коротковолновых осцилляций в полях вертикальных токов;
- второй ближайшей задачей усовершенствования модели является переход к непосредственному расчету приземной влажности в комплексной модели;
- при усовершенствовании подходов к прогнозу явлений необходим более точный учет рельефа подстилающей поверхности, переход на использование модельной приземной влажности. Кроме того, необходимы дополнительные исследования причин лишних тревог.
Методика испытаний
Испытания метода проводились в ГУ «Гидрометцентр России» теплый период 2009-2010 гг. (с 16 мая по 15 сентября) за исходные сроки – 00 и 12 ч ВСВ для 17 областей, входящих в Центральный Федеральный округ России.
Территории областей довольно заметно отличаются между собой,- так, например, территории Калужской и Липецкой областей включают в себя только 5 узлов сетки модели, а Костромской и Тверской– 13 и 15 соответственно (Московская область – 8 узлов). Заметим, что страхование ущерба от ОЯ в ЦФО делается по областному принципу.
Для оценки прогнозов осадков привлекались данные измерений осадков за один срок: в 06 или 18 ч за 12-часовый интервал с осадками >=11 мм/12 ч в соответствии с заблаговременностью прогноза. Кроме того привлекались значения осадков из донесений с мест о происшедших опасных явлениях погоды. Прогноз считался оправдавшимся, если хотя бы в одном узле области прогнозировалось явление соответствующей градации и оно действительно наблюдалось в этой области хотя бы на одной станции или отмечалось в донесении из этой области. Но, если хотя бы в одном узле области прогнозировалось явление соответствующей градации, но оно не наблюдалось ни на одной станции и не отмечалось в донесении, то прогноз по данной области считался неоправдавшимся. Оценка проводилась по одинаковой методике: за 2009 г. вручную (из-за отсутствия прогнозов в базе), а за 2010 г. – автоматически. По этой же методике для сравнения была проведена оценка прогнозов сильных осадков (>=11 мм/12 ч) на 18 ч вперед за сезон 2010 г. по моделям: PLAV, COSMO.RU-7 и региональной модели для исходного срока 00 ч ВСВ.
Рекомендации о внедрении
Центральная методическая комиссия по гидрометеорологическим и гелиогеофизическим прогнозам (ЦМКП), заслушав и обсудив доклады представителей ГУ «Гидрометцентр России» об основах автоматизированного метода прогноза осадков с детализацией интенсивности в 3-х градациях (от 11 до 34, от 35 до 49 и 50мм/12ч и более) и результатах его испытания, приняла следующее решение.
1. Отметить, что:
- в ГУ «Гидрометцентр России» разработан метод прогноза осадков с детализацией интенсивности по 3-м градациям (от 11 до 34, от 35 до 49 мм/12ч и 50 мм/12ч), использующий выходные данные региональной модели атмосферы с горизонтальным разрешением 75 км и включающий расчет параметров конвекции с помощью одномерной стационарной модели конвекции и прогноз осадков с применением физико-статистического подхода;
- прогнозы осадков рассчитываются с заблаговременностью 12 и 24 ч два раза в сутки (исходные сроки 00 и 12 ч ВСВ), в автоматизированном режиме наносятся на карты в условных обозначениях градаций, которые передаются потребителю, в условных цифрах записываются в базу данных;
- оперативные испытания метода проводились для 17 областей, входящих в Центральный Федеральный округ России (ЦФО) в теплые периоды 2009-2010 гг. (с 16 мая по 15 сентября);
- для оценки прогнозов осадков по территории областей привлекались данные измерений осадков на метеорологических станциях за 12-часовый интервал в сроки 06 ч ВСВ (ночное время) и 18 ч ВСВ (дневное время), кроме того - значения сильных осадков из донесений с мест о наблюдавшихся опасных явлениях погоды;
- прогнозы осадков в 2009 г. оценивали вручную, в 2010 г. - с помощью специально созданной автоматизированной технологии, включающей данные наблюдений на метеорологических станциях, с также использовали информацию из присланных донесений об ОЯ;
- число случаев с осадками количеством 50 мм/12 ч составило 11-17, что менее 5% общей выборки, поэтому результаты испытаний прогнозов в градации ОЯ оказались статистически не обеспечены;
- анализ полученных результатов испытаний показал, что метод прогнозирует отсутствие ОЯ с оправдываемостью 92-98 %, предупрежденность случаев наличия ОЯ колеблется в пределах от 50-90 %, а значения критерия качества Пирси – Обухова, равные 0.4-0.6, свидетельствуют о практической значимости данных прогнозов, при этом отмечено значительное количество «ложных тревог», что является основным недостатком метода;
- сравнение показателей успешности прогнозов осадков количеством 11 мм/12ч, рассчитанных на основе данного метода и гидродинамических моделей атмосферы (COSMO, ПЛАВ и REGION) в летний сезон 2010г, показало, что метод и модели имели не высокие (около 15%) оправдываемости прогнозов с осадками, однако предупрежденность выпадения осадков, а также величины критерия качества Пирси – Обухова у испытываемого метода были существенно выше (90% и 0,39), чем у рассмотренных гидродинамических моделей атмосферы (соответственно 16 -18 % и 0,15-0,16);
- в целях развития методики оценки качества методов прогнозирования опасных явлений погоды и самих методов необходимо усовершенствовать технологию сбора данных наблюдений за ОЯ с привлечением максимального количества источников информации (включая другие ведомства) с обязательным указанием географических координат.
2. Рекомендовать:
- ГУ «Гидрометцентр России» внедрить в оперативную технологию автоматизированный метод прогноза осадков с детализацией интенсивности в двух градациях (от 11 до 34 и 35 мм/12ч) с заблаговременностью 12 и 24 ч и обеспечить передачу прогнозов в летний период в прогностические организации Центрального и Центрально-черноземного УГМС;
- прогностическим организациям Центрального и Центрально-Черноземного УГМС использовать в оперативной практике данные прогнозы в качестве фоновых для последующего их уточнения на текущих материалах.
3. Рекомендовать авторам метода:
- подготовить описание метода с результатами оперативных испытаний и рекомендациями о практическом использовании; материалы разместить на сайте «Методический кабинет Гидрометцентра России»;
- продолжить работу по развитию метода прогноза осадков в градации опасных явлений погоды, в том числе с использованием информации доплеровского МРЛ, с целью повышения успешности прогнозов.
Авторы
Алексеева А.А., Лосев В.М.
Контакты
А.А Алексеева, e-mail: alekseeva@mecom.ru
тел. 8 (499) 795-23-20
В.М. Лосев, e-mail: losev@mecom.ru
тел. 8 (499) 795-20-19