М. Я. Здерева,  Г. П. Торубарова

Метод прогноза заморозков для административных районов 
Новосибирской области с заблаговременностью 1-5 сут  
и  результаты его испытания

Заморозки - одно из опасных явлений погоды, которое может нанести значительный ущерб экономике и, в частности, сельскому хозяйству. Основной причиной формирования заморозков является эффективное излучение, представляющее собой разность между излучением поверхности почвы и противоизлучением атмосферы, проявляющееся особенно сильно в ясные тихие ночи. В зависимости от условий возникновения  заморозки разделяются на три типа: 
•	адвективные - обусловленные вторжением холодного воздуха, имеющего отрицательную температуру;
•	радиационные - образовывающиеся в результате радиационного охлаждения приземного слоя воздуха на вторую или третью ночь после вторжения холодной воздушной массы;
•	адвективно-радиационные - возникающие вследствие радиационного охлаждения почвы и приземного слоя воздуха в первую ночь после вторжения холодного воздуха.
 Заморозки как явление отмечаются при вполне определенных синоптических процессах. Обычно это  антициклон или его гребень, сформировавшийся в арктическом воздухе либо в тыловой части циклонического вихря. Заморозки  наблюдаются и в седловине или в области размытого барического поля при тихой малооблачной погоде, метеорологические условия которой способствуют сильному охлаждению воздуха и поверхности почвы. Наиболее опасны майские заморозки, которые могут достигать большой интенсивности и охватывать значительные территории, создавая в период вегетации угрозу развитию сельскохозяйственных и овощных культур. Однако эти заморозки из-за коротких ночей не продолжительны. В связи с возрастанием ночного промежутка времени, более продолжительны осенние заморозки, которые также могут нанести значительный ущерб в период уборочных работ.

Краткое описание метода прогноза
Специалистами ГУ «СибНИГМИ» были разработаны метод и технология расчета прогноза заморозков для административных районов Новосибирской области заблаговременностью 1 - 5 сут. Эта работа явилась продолжением исследований по созданию детализированных методов прогнозов метеорологических элементов и явлений погоды  на средние сроки (до 5 сут). 
Для оперативной работы и научных разработок административные районы Новосибирской области ранее были сгруппированы в четыре крупных района: северо-западный (СЗ), юго-западный (ЮЗ), северо-восточный (СВ) и юго-восточный (ЮВ).
Прогностическая схема расчета заморозков основана на сочетании логических правил распознавания образов и количественных решений по статистическим уравнениям. Ступенчатая детализация анализа условий образования заморозков по пространству (область-район-станция) повышает устойчивость полученных решений. Метод расчета прогноза заморозков состоит из следующих блоков: 
•	построение решающих логических правил, основанных на учете условий образования заморозков при разных синоптических ситуациях; 
•	анализ величин  (прогностической минимальной температуры воздуха в каждом пункте области, полученной по физико-статистической схеме ГУ «СибНИГМИ», и прогностической температуры воздуха у  поверхности земли в узлах сетки 2,5х2,5° по модели  метеорологического центра Великобритании – UKMO); 
•	расчет температуры почвы на базе полученных связей с температурой воздуха по выборке для аналоговых ситуаций. 
Реализация метода
Метод среднесрочного  прогноза заморозков по административным районам Новосибирской области  функционирует в единой оперативной технологии, включающей  методы среднесрочных прогнозов температуры воздуха и осадков, применяемые в оперативной практике Гидрометцентра ГУ «Новосибирский ЦГМС-РСМЦ». 
Исходной информацией для расчетов прогнозов заморозков явилась прогностическая продукция (прогнозы давления у поверхности земли, геопотенциала на АТ-500 гПа и температуры воздуха на АТ-850 гПа) ECMWF (Reding) и UKMO (Exeter), поступающая в коде GRIB, а также исходные фактические значения экстремальной температуры воздуха и почвы по данным наблюдений гидрометеорологических станций Новосибирской области. Исходные данные для  прогноза заморозков используются из базы данных ГИС Метео. 

Результаты оперативных испытаний
Оперативные испытания  нового метода прогноза заморозков проводились в Гидрометцентре ГУ «Новосибирский ЦГМС-РСМЦ» по материалам наблюдений в периоды с мая по сентябрь 2006- 2007 гг. 
Оценка прогнозов заморозков проводилась в соответствии с рекомендациями  действующего Наставления [2] и Методическими указаниями [1]. Для оценки использовались ежедневные метеорологические сведения об экстремальной температуре воздуха и температуре почвы. Эти данные поступают в Гидрометцентр по коду КН-01.  
 Методические и оперативные прогнозы рассчитывались по 29 станциям Новосибирской области. Перечень станций, входящих в каждый из четырех районов области, представлен в    табл. 1. Оценка прогнозов заморозков на 1-5 сут проводилась в автоматическом режиме, сравнительная оценка прогнозов - вручную. За период испытания было рассчитано 262 прогноза заморозков на 1-5 сут  для станций, расположенных на территории Новосибирской области.  Полученные результаты приведены в табл. 2-9.
Из данных табл. 2 видно, что общая оправдываемость прогнозов заморозков по области в среднем за 5 сут  - 84,3 %.  Прогнозы отсутствия явления имели оправдываемость 91,3 %. А такие показатели успешности, как оправдываемость наличия явления и предупрежденность  случаев с явлением, оказались  в пределах 30 %. Из таблицы  также видно, что с увеличением заблаговременности прогнозов все  показатели успешности имеют тенденцию к понижению. Так, например, на первые сутки общая оправдываемость прогнозов заморозков составляет    90,4 %, а на пятые - 81,3 %; оправдываемость прогнозов наличия явления от первых суток к пятым снижается на 39 %, а предупрежденность опасного явления с увеличением заблаговременности снижается с 62 % до 10 %. 
Анализ оправдываемости методических и оперативных прогнозов на первые сутки показал, что за период оперативных испытаний более удачными по всем показателям успешности  были прогнозы у синоптиков (табл. 3). В оперативных прогнозах общая оправдываемость прогнозов заморозков и прогнозов отсутствия явления была выше на 1-2 %, а прогнозов наличия явления - на 30 %. Предупрежденность заморозков, а их за период испытания на первые сутки было отмечено 67 случаев, составила у синоптиков 84,6 %, а по новому методу несколько ниже - 62,1 %. 
Анализ оправдываемости прогнозов заморозков на первые сутки по месяцам (табл. 3) позволил выявить некоторое преимущество оперативных прогнозов практически по всем месяцам. Некоторым исключением явился май, когда предупрежденность майских заморозков оказалась более чем на 15 % выше по новому методу, чем у синоптиков. Еще можно отметить сентябрь, как наиболее удачный в прогнозировании заморозков. Август оказался менее успешным: оправдываемость прогнозов наличия явления составила 17,7 %, а предупрежденность - 38,2 %. Заметим, что август оказался хуже других месяцев и у синоптиков. 
 В процессе испытаний отдельно было выполнено  сравнение оправдываемости  методических и оперативных прогнозов  заморозков на вторые и третьи сутки (табл.4). Сравнение было проведено для мая и сентября 2006-2007 гг., т.е. для тех месяцев, когда отмечалось наибольшее количество случаев с заморозками (36 и 37 соответственно). Для этого было проанализировано 66 прогнозов. На вторые сутки, так же как и на первые, по большинству показателей успешности некоторое преимущество (на 4-10 %) имеют оперативные прогнозы. На третьи сутки методические прогнозы находятся на уровне, а по отдельным показателям (оправдываемость отсутствия явления и предупрежденность заморозков) несколько выше (на 2-8 %) уровня оперативных прогнозов. 
В табл. 5 представлены показатели успешности  прогнозов заморозков для каждой из  станций Новосибирской области. Как видно из  этой таблицы, общая оправдываемость и оправдываемость прогнозов отсутствия опасного явления  по всем станциям довольно высокая  и колеблется в пределах 86,5-100 %. Оправдываемость прогнозов наличия заморозков несколько ниже. Самая высокая она для  станций Убинское, Коченево и Сузун (соответственно 77,4 %, 61,9 % и 77,8 %). Для таких станций, как Купино, Татарск, Чаны, Чистоозерное, прогнозы наличия явления имеют оправдываемость существенно ниже (соответственно  39,1 %, 39,6 %, 33,6 %, 37,4 %). Предупрежденность  случаев с заморозками колеблется по станциям от 56,9 % в Ордынском, где было  отмечено 25 случаев заморозков, до 100 % в Мошково и Карасуке, где заморозков было за весь период испытания меньше всего (14 и 12 соответственно). Самая низкая предупрежденность за период оперативного испытания была в Маслянино (33,3 %),  хотя на этой станции отмечалось достаточно большое количество заморозков (30 случаев). Фактически за два года оперативных испытаний количество случаев с заморозками колебалось по станциям от 12 до 37. Наибольшее их количество, кроме Маслянино, наблюдалось в Убинском (37), Болотном (32). Однако предупрежденность для этих станций различна (59,9 % и 75,8 % соответственно). Высокую степень предупрежденности (более 80 %) имели следующие станции: Барабинск (для 24 случаев заморозков предупрежденность составила 91,6 %), Венгерово (22 случая - 94,8 %), Краснозерск (17 случаев - 84,5 %), Купино (23 случая - 86,8 %), Татарск (18 случаев - 90,6 %), Усть-Тарка (29 случаев - 84,1 %), Чаны      (18 случаев - 80,0 %), Чистоозерное (15 случаев - 95,8 %), Коченево (24 случая - 88,9 %), Тогучин (29 случаев - 82,1 %). В целом же предупрежденность заморозков в 75 % случаев составила более 60 %, что можно отнести к достоинствам разработанного метода.
 Сравнительная оценка методических и оперативных прогнозов на первые сутки по г. Новосибирску (станция Огурцово) показала, что прогнозы заморозков по новому методу по всем критериям оценки  имеют уровень немного выше (до 2 %) уровня оперативных прогнозов заморозков (табл. 6). 
Анализируя  успешность прогнозов заморозков по районам Норосибирской области(табл. 7), можно с некоторой долей уверенности сказать, что преимущество оперативных прогнозов по всем критериям оценки выявлено только по СВ району. По остальным районам преимущество методических или оперативных прогнозов выявить не удалось. У методических прогнозов более высокая общая оправдываемость (на 1-3 %) и оправдываемость прогнозов наличия заморозков (на 2-6 %), у оперативных –  выше оправдываемость прогнозов отсутствия явления (на 1-3 %) и предупрежденность (на 6- 15 %). 
 Разработанный ранее и используемый до  настоящего времени в оперативной практике Гидрометцентра ГУ «Новосибирский ЦГМС-РСМЦ» метод прогноза заморозков заблаговременностью 1-5 сут  (авт. И. Г. Храмцова) позволяет  осуществлять расчеты для менее плотной сети  из  6 станций (Кыштовка, Купино, Барабинск, Новосибирск, Болотное, Посевная), хотя и равномерно освещающих данными территорию области. По данным этих станций и было проведено сравнение с новым методом. Сравнительная оценка показала (табл. 8), что общая оправдываемость и оправдываемость прогнозов наличия явления по новому методу на 5-20 % ниже метода, используемого в оперативной работе. А вот предупрежденность заморозков (а это   наиболее важный показатель успешности) по новому методу более чем в 2 раза выше, чем у ранее внедренного метода. Так, предупрежденность по новому методу составляет 75,6 % на первые сутки и 59,2 % - на пятые, а у внедренного ранее метода  -  36,5 % на первые сутки и 22,1 % - на пятые. 
Для более надежной оценки качества испытываемого метода были  рассчитаны  статистические характеристики успешности  прогнозов по г. Новосибирску: критерий надежности Н. А. Багрова (Н), критерий качества прогнозов Пирси-Обухова (Т) и суммарный показатель оправдываемости прогнозов наличия и предупрежденности  случаев с явлениями (UЯ + ПЯ). Приведенные в табл. 9 количественные величины   статистических характеристик качества прогнозов свидетельствуют о практической значимости нового метода прогноза заморозков   по станциям  Новосибирской области.
 
Достоинства метода
В процессе производственных испытаний были отмечены следующие достоинства метода:
•	метод позволяет составлять детализированный прогноз такого опасного явления, как заморозки, по станциям  Новосибирской области; 
•	метод имеет большую заблаговременность прогнозов (до 5 сут), что создает для потребителей возможность использовать данный прогноз в планировании и решении ряда задач, в частности в агропромышленном комплексе; 
•	метод не требует дополнительного решения ряда организационных вопросов по технологии расчета, так как функционирует в едином комплексе уже действующих моделей и технологий среднесрочного прогноза погоды, зарекомендовавших себя как надежную систему; 
•	метод объективен и использует для расчетов современную прогностическую продукцию, поступающую в Западно-Сибирское УГМС; 
•	технология  прогноза заморозков может быть использована для других ЦГМС территории ответственности Западно-Сибирского УГМС.  

Таблица 1 
Перечень станций, входящих в каждый из 4 районов Новосибирской области
Район	Станции	

СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ	Барабинск
Венгерово
Кыштовка
Северное
Татарск
Убинское
Усть-Тарка
Чаны
Чистоозерное

          ЮГО-ЗАПАДНЫЙ 

	Баган
Довольное
Здвинск
Карасук
Купино
Кочки
Краснозерск

     СЕВЕРО-ВОСТОЧНЫЙ 
	Болотное
Каргат
Колывань
Коченево
Мошково
Тогучин
Чулым

        ЮГО-ВОСТОЧНЫЙ 
	Искитим
Маслянино
Ордынское
Сузун
Посевная
Огурцово  (г. Новосибирск)	

Таблица 2
                    Оправдываемость методических прогнозов заморозков на 1-5 сут  
по Новосибирской области 
за период май-сентябрь 2006-2007 гг.

Заблаговременность
	Оправдываемость прогнозов, %	Предупрежденность
явления, %	
	общая	наличия явления	отсутствия явления		
1-е сутки	90,4	52,1	97,1	62,1	
2-е сутки	85,0	34,8	92,0	43,2	
3-и сутки	83,2	18,7 	90,2	24,6	
4-е сутки	81,4	14,7	88,9	14,6	
5-е сутки	81,3	13,3	88,5	9,5	
В среднем	84,3	26,7	91,3	30,8	

Таблица 3

Сравнительная оценка оправдываемости методических и оперативных прогнозов заморозков на 1-е сут по территории Новосибирской области 
за период май-сентябрь 2006-2007 гг.

Месяц	
Прогноз	Количество прогнозов	Оправдываемость прогнозов, %	Предупреждённость явления	
			общая	наличия явления	отсутствия явления	было	%	
Май	методический	28	77,9	50,0	96,7	16	92,0	
	оперативный	28	82,0	91,6	75,0	16	76,7	
								
Июнь	методический	59	94,5	74,6	97,4	12	39,5	
	оперативный	59	96,6	95,4	98,2	12	75,0	
								
Июль	методический	59	100	-	100	-	-	
	оперативный	59	100	-	100			
								
Август	методический	61	94,8	17,7	98,6	8	38,2	
	оперативный	61	85,2	41,0	91,1	8	58,3
	
Сентябрь	методический	55	84,6	66,3	92,6	31	79,0	
	оперативный	55	89,3	88,5	93,3	31	90,0	
								
В целом	методический	262	90,4	52,1	97,1	67	62,1	
	оперативный	262	91,6	82,5	95,3	67	84,6	

Таблица 4
Сравнительная оценка оправдывемости методических и оперативных прогнозов заморозков на 2-е и 3-е сут
по территории Новосибирской области для  мая и сентября 2006-2007 гг.

Заблаговре-менность	
Прогноз	Количество прогнозов	Оправдываемость прогнозов, %	Предупреждён-ность явления, %	
			общая	наличия явления	отсутствия явления	было	%	
2 сутки	методический	66	72.7	70.6	76.2	36	72.9	
	оперативный	66	 78.2	80.7	75,3	36	77.1	
								
3 сутки	методический	66	67.8	71.9	61.8	37	72.0	
	оперативный	66	67.8	76.2	59.8	37	64.1	

Таблица 5
Оправдываемость методических прогнозов заморозков по станциям Новосибирской области 
на 1-е сут за период май-сентябрь 2006-2007 гг.

Название 
станции 	Оправдываемость прогнозов, %	Предупрежденность
явления	
	общая
	наличие явления
	отсутствие явления
	было	%	
Барабинск 	90,4	47,1	98,6	24	91,6	
Баган 	93,1	49,9	99,2	17	79,2	
Болотное 	90,2	56,7	97,3	32	75,8	
Венгерово	90,6	54,4	98,9	22	94,8	
Довольное 	86,5	45,7	97,1	23	58,3	
Здвинск 	89,2	57,2	95,8	28	65,1	
Искитим 	90,7	41,0	96,7	25	51,6	
Карасук	94,8	58,0	           100,0	12	  100,0	
Каргат 	90,8	53,0	97,1	28	78,3	
Колывань 	88,6	46,0	97,0	28	75,4	
Коченево 	93,6	61,9	99,2	24	88,9	
Кочки 	90,6	48,1	95,7	26	68,1	
Купино	89,8	39,1	98,0	23	86,8	
Кыштовка	87,4	41,8	96,1	24	78,2	
Маслянино 	90,3	48,6	92,4	30	33,3	
Мошково 	91,9	40,0	           100,0	14	  100,0	
Ордынское 	89,5	48,2	95,5	25	56,9	
Посевная 	89,4	47,9	97,2	24	68,7	
Северное	87,7	52,7	95,3	26	68,1	
Сузун 	93,3	77,8	94,4	23	57,4	
Татарск	88,3	39,6	97,9	18	90,6	
Тогучин	89,5	54,8	98,0	29	82,1	
Убинское	91,8	77,4	93,8	37	59.9	
Усть-Тарка	87,8	53,9	95,4	29	84,1	
Чаны 	89,7	33,6	99,2	18	80,0	
Чистоозерное 	90,7	37,4	99,5	15	95,8	
Чулым 	89,5	50,7	94,9	24	69,2	

Таблица 6

 Сравнительная оценка оправдываемости методических  и оперативных 
прогнозов заморозков  на  1-е сут 
по г. Новосибирску за период май-сентябрь 2006-2007 гг. 

Прогноз	Оправдываемость прогнозов	Предупреждён-ность явления	
	общая	наличие явления	отсутствие явления		
	количество	%	количество	%	количество	%	дано	%	
Методический	262	89,8	40	42,5	222	98,3	21	81,8	
Оперативный	262	88.0	44	40,2	218	98,2	21	81,3	

Таблица 7 

Сравнительная оценка оправдываемости методических и оперативных
прогнозов заморозков на 1-е сут по районам Новосибирской области 
за период май-сентябрь 2006-2007 гг.

Район	
Прогноз	Оправдываемость прогнозов	Предупреж-дённость явления, %	
		общая	наличие явления	отсутствие явления		
		количе-ство	%	количе-ство	%	количе-ство	%	дано	%	
СЗ

ЮЗ

СВ

ЮВ	Методический	262	91,2	49	74,4	213	94,9	48	78,2	
	Оперативный	262	88,6	68	62,3	194	96,9	48	90,6	
										
	методический	262	90,2	49	59,3	213	97,2	35	84,5	
	оперативный	262	88,2	56	53,3	206	97,9	35	90,9	
										
	методический	262	88,4	58	64,7	204	95,2	47	79,0	
	оперативный	262	89,4	67	65,1	195	97,9	47	91,3	
										
	методический	262	85,8	50	57,4	212	93,3	40	67,8	
	оперативный	262	84,8	66	50,8	196	96,3	40	83,0	

Таблица 8

Сравнительная оценка оправдываемости методических (I) 
и оперативных  (II) прогнозов заморозков на 1 -5 сут 
по территории Новосибирской области за период  май-сентябрь 2006-2007 гг.

Заблаговременность	Оправдываемость прогнозов, %	Предупреждённость явления, %	
	общая	наличие явления	отсутствие явления		
	I	II	I	II	I	II	I	II	
1-е сутки	94,9	99,6	88,7	97,2	100,0	100,0	75,6	36,5	
2-е сутки	95,1	99,6	89,8	96,6	100,0	100,0	67	29,5	
3-и сутки	90.3	99,0	81,9	94,4	100,0	100,0	69,6	30,6	
4-е сутки	93,7	99,4	83,4	96,4	100,0	100,0	67,4	31,2	
5-е сутки	89,1	99,2	74,2	94,7	100,00	100,0	59,2	22,1	

Таблица 9 

Статистические характеристики успешности методических  прогнозов заморозков 
на 1-е сут по г. Новосибирску
 за период май-сентябрь 2006-2007 гг.

Критерий надежности 
	Н	0,47	
Критерий качества 
	Т	0,72	
Суммарный показатель оправдываемости прогнозов наличия явления и предупрежденности случаев с явлением	Uя+Пя	123,4	

Рекомендации о внедрении
Решением секции Технического совета ГУ «Новосибирский ЦГМС-РСМЦ» от 26 ноября 2007 г.  метод прогноза заморозков для административных районов Новосибирской области на 1-5 сут (авт. М. Я. Здерева, СибНИГМИ)  рекомендован с 1 мая 2008 г. к внедрению в оперативную практику Гидрометцентра ГУ «Новосибирский ЦГМС-РСМЦ» в качестве основного расчетного метода в период с мая по сентябрь. 
 Применяемый в настоящее время в оперативной работе метод прогноза заморозков на 1-5 сут  по территории Новосибирской области  для 6 станций (автор И. Г. Храмцова)  рекомендовано использовать как консультативный. 

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