Результаты сравнения успешности прогнозов элементов приземной погоды на основе 11 отечественных и зарубежных моделей атмосферы различного масштаба
в период с ноября 2008 г. по октябрь 2009 г.

Данная работа является продолжением сравнительной оценки успешности прогнозов приземной погоды на основе отечественных и зарубежных моделей атмосферы различного масштаба, представленной на данном веб-сайте. Ранее были представлены результаты сравнения 13 отечественных и зарубежных численных моделей атмосферы за период с июня по сентябрь 2007 г. и 11 отечественных и зарубежных численных моделей атмосферы за период с октября 2007 г. по октябрь 2008 г.

Указанная работа выполнялась в соответствии с решением Центральной методической комиссии по гидрометеорологическим и гелиогеофизическим прогнозам (ЦМКП) от 22 октября 2007 г. (пункт 1.4) с целью определения базовой региональной или мезо-масштабной модели, удовлетворяющей требованиям высокого качества выходной продукции, оперативности, технологичности и возможности эксплуатации модели в региональных центрах Росгидромета.

Данная сравнительная оценка выполнялась в период с ноября 2008 г. по октябрь 2009 г. для прогнозов следующих элементов погоды у поверхности Земли: температуры и влажности воздуха, осадков, давления на уровне моря и ветра.

Оценивались модельные прогнозы, рассчитанные по исходным данным за 00 ч ВСВ на срок до 3-х суток на Европейской территории России (45° с.ш. - 65° с.ш., 27° в.д. – 57° в.д.). Оценка прогнозов проводилась для 430 синоптических станций, расположенных на указанной территории, наблюдения которых поступают в ГУ «Гидрометцентр России», отдельно для холодного (16 ноября 2008 г. – 15 апреля 2009 г.) и теплого (16 апреля – 15 октября 2009 г.) сезонов.

Оценивались прогнозы следующих моделей атмосферы:
1. Мезо-масштабные (экспериментальные)
- ММ5R (отв. К.Г. Рубинштейн, Гидрометцентр России)
- ММ5K (отв. Г.Ю. Калугина, Московское Гидрометбюро)
- WRF (отв. В.Д. Жупанов, Гидрометцентр России)
- COSMO.RU (отв. Г.С. Ривин, Гидрометцентр России)

2. Региональная
- REGION – региональная модель Гидрометцентра России (автор В.М. Лосев)

3. Глобальные
- T85L31 (спектральная модель Гидрометцентра России)
- T169L31 (спектральная, экспериментальная)
- PLAV–полулагранжева модель с постоянным разрешением (автор М.А.Толстых, Гидрометцентр России)
- UKMO (Великобритания, в г. Exeter находится Метеоцентр Великобритании)
- NCEP (США)
- DVD (ФРГ, в г. Offenbach находится Метеоцентр ФРГ)

В качестве начальных и граничных условий для расчета экспериментальных мезо-масштабных прогнозов использовались данные NCEP, а для модели COSMO.RU – данные DWD.

Следует отметить, что у большинства мезо-масштабных моделей атмосферы по различным техническим причинам ряд с прогнозами оказался с большими пропусками. Кроме того были оценены и ниже представлены оценки экспериментальных ансамблевых прогнозов температуры и осадков, рассчитанных с использованием выходной продукции моделей UKMO и NCEP, а также моделей UKMO, NCEP,PLAV и моделей UKMO, NCEP,DWD. В некоторых таблицах имеются оценки прогнозов по модели T169L31 (улучшенная глобальная спектральная модель Гидрометцентра России), находящейся на стадии оперативных испытаний, а также оценки прогнозов на основе комплексной схемы Л.В. Берковича (BERK).

Показатели успешности прогнозов давления на уровне моря заблаговременностью 24, 36 и 48 ч на Европейской территории России, рассчитанные по данным наблюдений 430 метеорологических станций, находящихся на указанной территории, приведены в таблицах 1-3.

Показатели успешности прогнозов температуры воздуха заблаговременностью до 72 ч на Европейской территории России в холодный период года приведены в таблицах 4–8 и для теплого периода года в таблицах 9–13.

В таблицах 14-15 помещены показатели успешности прогнозов температуры воздуха заблаговременностью 24 и 30 часов за октябрь 2009 г., рассчитанные для территории Урала и Западной Сибири (217 станций), в таблицах 16-17 - показатели успешности прогнозов температуры воздуха заблаговременностью 30 и 42 ч для территории Восточной Сибири и Дальнего Востока.

Показатели успешности прогнозов осадков заблаговременностью 18, 30, 42 и 54 ч А также прогнозов точки росы и ветра заблаговременностью 24 и 36 ч на Европейской территории России приведены соответственно в таблицах 18-21, 22-23 и 24-25.

Для прогнозов метеорологических величин (давление, температура воздуха и точки росы, скорость ветра) выполнен расчет общепринятого набора характеристик успешности. В таблицах использованы обозначения BIAS, RMS, ABS, OTNO и >3 - соответственно средних, среднеквадратических, средних абсолютных и относительных ошибок, а также процента прогнозов с ошибками больше некоторого порога: С (3 гПа или 3 м/с), N – количество оцененных прогнозов. Модели атмосферы, у которых количество рассчитанных прогнозов недостаточно для объективного сравнения, помечены значком *).

При прогнозировании осадков оценивался факт наличия/отсутствия осадков по известным критериям (обозначения в таблицах): U, U_oc, U_bo, P_oc, P_bo, P_ir, т.е. общая оправдываемость, оправдываемость прогноза наличия осадков и отсутствия осадков, предупрежденность случаев с осадками, без осадков (все эти значения в %) и критерии надежности Для осадков оценивался факт выпадения осадков по известным критериям (обозначения в таблицах): U, U_oc, U_bo, P_oc, P_bo, HSS, P_ir, т.е. общая оправдываемость, оправдываемость прогноза «осадки» и «без осадков», предупрежденность случаев с осадками, без осадков (все эти значения в %) и критерий надежности HSS и качества Пирси – Обухова (P_ir). При оценке прогноза количества осадков были рассчитаны средняя (cr/os) и средняя абсолютная ошибки (ab/os) в мм/12 ч.

В приведенных таблицах наилучшие показатели успешности прогнозов всех метеорологических элементов для разных моделей отмечены красным цветом.


Результаты сравнения показали следующее:
- экспериментальные мезо-масштабные модели имели абсолютные ошибки прогноза приземной температуры воздуха меньше, чем отечественные глобальные модели как в холодный, так и в теплый периоды на 0,2°С - 0,9°С;
- прогнозы осадков на основе модели COSMO.RU оказались более успешными, чем прогнозы осадков всех рассматриваемых моделей атмосферы;
- наметившийся прогресс в успешности прогнозирования приземной температуры воздуха на основе экспериментальных мезо-масштабных моделей и существенные преимущества мезо-масштабной модели COSMO.RU при прогнозировании осадков в последние три месяца;
- экспериментальные прогнозы температуры воздуха и осадков на основе многомодельного ансамбля имели высокие показатели успешности.


Центральная методическая комиссия по гидрометеорологическим и гелиогеофизическим прогнозам Росгидромета (ЦМКП) на своем заседании 1 декабря 2009 г. одобрила выполненную ГУ «Гидрометцентр России» работу по сравнительной оценке успешности прогнозов элементов погоды на основе 11 отечественных и зарубежных моделей атмосферы различного масштаба и отметила ее важность. Комиссия рекомендовала ГУ «Гидрометцентр России»:
- продолжить сравнительную оценку краткосрочных прогнозов метеорологических величин на основе модельных прогнозов различного масштаба (в том числе и с шагом сетки 2,8 – 7,0 км) и ежегодно представлять результаты на рассмотрение ЦМКП для установления их приоритетов в использовании;
- провести работы по созданию специализированной технологии для адекватной оценки мезо-масштабных прогнозов высокого разрешения;
- продолжить работу по развитию экспериментальных мезо-масштабных моделей атмосферы с целью повышения успешности прогнозов, а также для возможности прогнозирования опасных явлений погоды и резких ее изменений.

Комиссия поддержала предложение ГУ «Гидрометцентр России» рассмотреть вопрос организации измерений количества осадков на метеорологических станциях Европейской части России за 6-часовые интервалы времени (вместо 12-часовых интервалов) в соответствии с действующей международной практикой, учитывая возросшие требования к объему и видам данных метеорологических наблюдений, необходимых для развития и верификации мезо-масштабных моделей атмосферы.


Литература

Багров А.Н. Сравнительная оценка успешности прогнозов элементов погоды на основе ряда отечественных и зарубежных моделей атмосферы различного масштаба. Информационный сборник. - 2008. - № 35. – С. 3-20.
Багров А.Н. Сравнительная оценка успешности прогнозов элементов погоды на основе одиннадцати отечественных и зарубежных моделей атмосферы различного масштаба. Информационный сборник. - 2010.- № 37.


Контакты
А.Н. Багров
Отдел гидродинамических краткосрочных прогнозов погоды ГУ «Гидрометцентр России»
Тел.: 8 (499) 255-23-28
E-mail: bagrov@mecom.ru