4. Абсолютные (abs) или среднеквадратические (rms) ошибки прогнозов приземных метеоэлементов по синоптическим станциям Европейской территории России (~ 800 станций), рассчитанные на основе различных гидродинамических моделей циркуляции атмосферы

На рисунках использованы следующие условные обозначения гидродинамических моделей атмосферы ФГБУ «Гидрометцентр России» и зарубежных метеорологических Центров:
Глобальные модели:
- UKMO - Метеорологический центр Великобритании (сетка поступления 1ºх1º);
- NCEР - Метеорологический центр США (сетка 0,5ºх0,5º);
- DWD - Метеорологический центр ФРГ (сетка 0,25ºх0,25º);
- JAPAN – Метеорологический центр Японии (сетка 0,25ºх0,25º);
- PLAV20– полулагранжева модель с разрешением ~20 км (ФГБУ «Гидрометцентр России», автор М.А. Толстых).
Заметим, что реальное разрешение в этих зарубежных моделях 13-20 км.

Мезометеорологические модели:
- COSMO-6,6 – негидростатическая мезомасштабная модель COSMO-6,6 c шагом сетки 6,6 км (Консорциум COSMO, ФГБУ «Гидрометцентр России»);
- COSMO-2,2 – негидростатическая мезомасштабная модель COSMO-2,2 c шагом сетки 2,2 км (Консорциум COSMO, ФГБУ «Гидрометцентр России»).
        
- Комплекс. - комплексный прогноз приземных метеоэлементов по станциям на основе зарубежных и отечественных моделей с помощью статистических методов                          (ФГБУ «Гидрометцентр России», авторы А.Н. Багров, Ф.Л. Быков, В.А. Гордин).
Для расчета ошибок прогнозов делается билинейная интерполяция из модельных сеток на станцию.

Апрель 2023 г.

5. Оценка прогнозов осадков

Оценка численных прогнозов осадков делается по методике, близкой к описанной в «Наставлении по краткосрочным прогнозам погоды общего назначения», М., 2019. Оправдываемость прогноза осадков (в %) вычисляется по таблицам:

Они похожи на табл. 8, 9 из «Наставления …». Однако в качестве очень сильных осадков мы взяли значение ≥30 мм/12 ч (≥16 мм/12 ч для снега) вместо ≥50 мм/12 ч              (≥20 мм/12 ч для снега) как в «Наставлении …» и несколько изменили таблицы.
Осадки считаются жидкими (или смешанными) при температуре воздуха ≥-1º С; если температура <-1º C, то это твердые осадки, т.е. снег. Соответственно расчет ведется по      1-ой или 2-ой таблице.

Для оценки осадков взяты станции так называемой 1-ой метеозоны ЕТР, где измерения осадков производятся за 12-часовые интервалы с 6 до 18 ч и с 18 до 6 ч ВСВ (см. КОД КН-01 SYNOP, 2013, табл.3). В неё входят 16 областей ЕТР, включая Московскую область. Это связано с тем, что зарубежные модели обычно дают прогноз осадков за 6-часовые интервалы времени, начиная от основных сроков наблюдения 00 или 12 ч ВСВ. Отметим, что ~20 станций, расположенных на этой территории, были исключены из оценки, т.к. регулярно сообщают неверные сведения об осадках (чаще всего значение «без осадков» вместо «отсутствия данных об осадках»).

В оценку осадков дополнительно включены модели Европейского Центра по среднесрочным прогнозам погоды (ECMW) и Канадского метеорологического центра (Canada). Для этих моделей оценки представлены от предыдущего исходного срока 12 ч ВСВ, т.к. эти прогнозы сильно запаздывают с поступлением.
В табл.3-6 представлена оправдываемость прогноза осадков (в %), как общая (P), так и по градациям. Показано число случаев по каждой градации. Кроме того, представлены средние арифметические (bias) и средние абсолютные (abs) ошибки прогнозов осадков в мм/12 ч.

    6. Оценка прогнозов порывов ветра.
Порывы ветра являются важной составляющей общего прогноза погоды, т.к. сильные порывы - опасное явление. Измерения ветра на синоптических станциях проводятся на высоте 10 м с помощью анемометра. За 10-мин интервал перед сроком наблюдения делается осреднение значений скорости и направления ветра. Кроме того, анемометр может отмечать и порывы ветра (обычно за 3-часовой интервал между сроками или в срок наблюдения). Это скорость ветра без учета направления.
Численный прогноз порывов ветра порывов ветра появился сравнительно недавно и у нас есть только 4 модели, которые дают прогноз порывов ветра (в м/c) в регулярной сетке точек. Прогностические значения порывов ветра на станции находились с помощью билинейной интерполяции из прогностических полей. Для оценки порывов ветра были взяты более 800 станций на ЕТР за исключением ~25 станций, на которых за последние 2 года не наблюдалось ни одного порыва ветра ≥12 м/c (вероятно, из-за отсутствия оборудования). Факт порыва ветра фиксировался, если на станции наблюдались порывы  ≥12 м/с в интервале ±3 ч от времени заблаговременности прогноза. Заметим, что слабые порывы ветра (около 12 м/c) обычно связаны с усилением градиентов поля ветра на значительной территории. Сильные же порывы чаще всего связаны с конвекцией в атмосфере, имеют небольшой масштаб и прогнозировать их весьма затруднительно.
Для оценки прогнозов порывов ветра воспользуемся матрицей сопряжений и вычислением ряда характеристик:    

МАТРИЦА СОПРЯЖЕНИЙ

N11   N12  N10
N21   N22  N20
N01   N02  N00

N11 - явление прогнозировалось и наблюдалось;
N12 - явление прогнозировалось, но не наблюдалось («ложные тревоги»);
N10=N11+N12 - число случаев, когда прогнозировалось явление;
N21- прогнозировалось отсутствие явления, но оно наблюдалось («пропуск цели») ;
N22 - прогнозировалось отсутствие явления и его не наблюдалось;
N20=N21+N22 - число случаев с прогнозом отсутствия явления;
N01=N11+N21 - число случаев с явлением;
N02=N12+N22 - число случаев с отсутствием явления;
N00 - общее число случаев.
P=N11/(N21+N10) – оправдываемость редкого явления;
Pred=N11/N01 – предупрежденность явления;
kLT=N12/N01 – коэффициент «ложных тревог»;
ETS=(N11-ar)/(N11-ar+N12+N21) – критерий ETS, где ar=((N11+N12)*(N11+N21))/N00;
BX=(v-v0)/(1-v0) – критерий Н.А.Багрова-Хайдке (для редких явлений), где
v=(N11+N22)/N00, v0=(m1+m2)/N00, m1=(N10 x N01)/N00, m2=(N20 x N02)/N00;
Факт порыва ветра,-если на станции наблюдались порывы ветра ≥12 м/с, ≥18 м/с или ≥24 м/с в интервале ±3 ч от времени заблаговременности прогноза