Статистические методы краткосрочного прогноза общего содержания озона (ОСО)
на территории России

В рамках темы 1.4.2.7 Плана НИОКР Росгидромета ФГБУ «Гидрометцентр России» в 2009-2010 гг. разработаны статистические методы прогноза ОСО.

Общие сведения

Регрессионная метеорологическая модель (РММ) ОСО основана на связях ОСО с метеопараметрами верхней тропосферы и нижней стратосферы. Модель состоит из комплекса расчетных уравнений (R2=0.6–0.75) для каждого месяца с апреля по август с меняющимся набором метеорологических предикторов. Для расчетов по модели не требуется начальных данных ОСО. РММ позволяет прогнозировать ОСО на территории РФ на 2 суток вперед.

Авторегрессионный метод прогноза ОСО (АММИ) основан на линейной связи межсуточных изменений ОСО и метеопараметров. Для теплого сезона для территории России получено статистически значимое (R2=0.9) расчетное уравнение с предикторами: ОСО в предыдущий день, величина межсуточной разности геопотенциальных высот на и.п. 30 и 300 гПа, температура на и.п. 400 гПа.


Статистические методы прогноза ОСО,
использующие авторегрессионное уравнение для теплого сезона и всей территории РФ

Метод ЦАО:

ОСО_d = 0.76*ОСО_d-1 - 0.016*H_30-10 + 1.5356*Т_400-50

H_30-10 – толщина слоя между 30 и 10 гПа,
Т_400-50 – разность температуры на границах слоя между 400 и 50 гПа


Метод Гидрометцентра России (АММИ):

ОСО_d=0,84*ОСО_d-1+0,13*_сут.[H₃₀-Н₃₀₀]-0,89*T₄₀₀ + С

_сут. – изменение за сутки толщины слоя между и.п.30 гПа и 300 гПа,
T₄₀₀ – прогнозируемая величина на срок прогноза,
С – свободный член


Регрессионная метеорологическая модель (РММ) ОСО

Месяц	Расчетные уравнения	R2
Апрель	ОСО = а1*H50-300 – b1*Т400-50 – С1	0.76
Май	ОСО = а2*H50-300 – b2*Т400-50 – С2	0.60
Июнь	ОСО = а3*Т400 – b3*H50 + С3	0.57
Июль	ОСО = а4*H700-300 + b4*Т400-70 + С4	0.66
Август	ОСО = а5*H50-300 – b5*Т500-30 + c*Tтр – С5	0.64

a_1,..,5 , b_1,..,5 , c – коэффициенты,
С_1,..,5 – свободный член


Пример связи предикторов РММ и ОСО: временной ход ОСО и Н₃₀, Н₃₀₀ и Т₄₀₀.
Москва, 2010-2011 гг.


Результаты испытаний

В теплый период 2011 г. проведены независимые производственные испытания разработанных двух методов прогноза ОСО. Показатели качества методических прогнозов сравнивались с инерционным прогнозом, с прогнозом ОСО по методу ФГБУ «ЦАО», а также с прогнозом NCEP.

Межсуточное изменение ОСО (е.Д.) по факту и по методическому прогнозу АММИ
(май – август 2011 г.)

Сравнение межсуточного изменения ОСО (е.Д.) по факту и по прогнозу в п. Владивосток
(май – август 2011 г.)

Межсуточное изменение ОСО (е.Д.) по факту и по методическому прогнозу РММ

Успешность РММ сравнима с качеством инерционного прогноза, в среднем несколько уступает методу ФГБУ «ЦАО». Главным достоинством этого метода (РММ) является независимость расчетов от исходных данных ОСО.

Успешность АММИ превосходит качество инерционного прогноза, имеет по средним показателям небольшое (в пределах точности измерений ОСО) преимущество перед методом ФГБУ «ЦАО» - средняя абсолютная ошибка 9 е.Д., СКО 11 е.Д., метод ФГБУ «ЦАО» - 11 е.Д. и 13 е.Д., соответственно. При этом АММИ лучше, чем метод ФГБУ «ЦАО» прогнозирует резкие изменения уровня ОСО.

Решением ЦМКП от 14 декабря 2011 г. рекомендовано ФГБУ «Гидрометцентр России» включить разработанные методы в технологию краткосрочного прогноза УФИ.


Авторы

Л.Б. Ананьев, М.И. Нахаев, И.Н. Кузнецова
ФГБУ «Гидрометцентр России»
Лаборатория метеорологических условий загрязнения и радиационного мониторинга


Контакты

Кузнецова Ирина Николаевна
E-mail: muza@mecom.ru

Нахаев Мурат Ислемгалеевич
E-mail: muratmeteo@mail.ru

Ананьев Леонид Борисович
E-mail: alb1980@mail.ru

Тел.: 8 (499) 255-98-04