Испытание прогноза осадков по г. Челябинску по результатам модели ПЛАВ Гидрометцентра России и ИВМ РАН в сравнении с методом из руководства

Для испытания методики в качестве независимого материала использовались данные о количестве осадков за 2010-2011 гг. на метеостанции Челябинск-город. В качестве исходных прогнозов использовались прогностические данные приземных полей осадков на сроки до 72 ч на основе модели ПЛАВ–2008 (полулагранжева с постоянным разрешением, автор М.А.Толстых), размещенные на сайте Гидрометцентра России, исходный срок 00 час. Прогнозы оценивались согласно действующему наставлению (РД 52.27.724-2009). Прогнозы ПЛАВ сравнивались с прогнозами, рассчитанными по методу из Руководства по КПП. Всего было составлено 656 прогнозов.

Для определения степени надежности испытываемого метода на основе независимого материала были рассчитаны следующие характеристики:
- оправдываемость прогнозов по Наставлению за холодный и теплый периоды;
- оправдываемость прогнозов по факту с явлением (Uя), без явления (Uб/я) и общая (U), предупрежденность прогнозов с явлением (Пя) и без явления (Пб/я), суммарные показатели (Uя+Пя) и (Uб/я+Пб/я), критерий надежности Багрова (Н);
- оправдываемость прогнозов сильных осадков по факту (Uяс), предупрежденность прогнозов сильных осадков (Пяс).
- оправдываемость прогнозов по Наставлению в целом за весь период.

В таблице 1 (таблицы) представлена оправдываемость прогнозов по Наставлению, рассчитанных по модели ПЛАВ и методу из руководства на 24 и 36 час отдельно для холодного и теплого периодов. Анализ таблиц показал, что общая оправдываемость (U) обоих методов мало зависит от сезона. Разница оправдываемости в холодный и теплый периоды составляет у ПЛАВ 1-5%, у метода из руководства 1-3%. Однако оправдываемость метода из руководства на 3-9% выше, чем у ПЛАВ.

В таблицах 2-5 (таблицы) рассматриваются характеристики успешности методов в целом за весь период (2010-2011гг.). Расчеты показали, что оправдываемость и предупрежденность (Uя и Пя) прогнозов составленных на основе модели ПЛАВ, близка к удовлетворительной. При этом методика лучше работает на отсутствие осадков. Оправдываемость наличия осадков (Uя) составляет на 24 час 61%, на 36 час 68%, оправдываемость отсутствия осадков (Uб/я) 76% и 77% соответственно. Предупрежденность наличия осадков (Пя) на 24 час 54%, на 36 час 64%. Предупрежденность отсутствия осадков (Пб/я) 81% и 80%. У метода из руководства все перечисленные характеристики выше. Оправдываемость наличия осадков (Uя) составляет на 24 час 75%, на 36 час 78%, отсутствия осадков (Uб/я) 86% и 83% соответственно. Предупрежденность наличия осадков (Пя) на 24 час и на 36 час 73%, отсутствия осадков (Пб/я) 87% и 86%.

Суммарный показатель (Uя+Пя) характеризующий качество прогноза, у испытываемого метода для прогнозов на 24 час равен 115 (<130%), а на 36 час 132%. Такая величина показателя говорит о неудовлетворительном качестве прогнозов на ночь, и сравнительно удовлетворительном на день. У метода из руководства данный показатель значительно выше и составляет 148% у прогнозов на 24 час и 151% на 36 час. Качество прогнозов отсутствия осадков у испытываемого метода значительно лучше. Суммарный показатель (Uб/я+Пб/я) у прогнозов и на 24, и на 36 час равен 157%. У используемого метода этот показатель выше, и составляет 173% и 169% на 24 и 36 час соответственно.

Величина критерия надежности Багрова у прогнозов ПЛАВ больше 0,33: у прогнозов на 24 час – 0,36, на 36 час – 0,44, что говорит об их достаточной надежности. Однако у метода из руководства критерий надежности, как и остальные параметры, выше и составляет 0,60.

В таблицах 6-7 (таблицы) представлена оправдываемость (Uяс) и предупрежденность (Пяс) прогнозов сильных осадков. Оценка прогнозов проводилась альтернативно. Прогноз считали оправдавшимися при выпадении количества осадков: твердых 6-19 мм, жидких 15-49 мм. Из таблиц видно, что оправдываемость обоих методов ниже 50% и является неудовлетворительной. Однако у метода по модели ПЛАВ Uяс на 24 час намного больше (40%), чем на 36 час (6%), а у метода из руководства наоборот она ниже у прогнозов на ночь (25%), чем на день (40%).

Предупрежденность сильных осадков у обоих методов 100%. Столь высокая предупрежденность объясняется тем, что количество прогнозов сильных осадков значительно превышает фактическое количество дней с сильными осадками. Так, по модели ПЛАВ на 24 час 10 прогнозов и 4 дня с сильными осадками, на 36 час 16 прогнозов и 1 день, т.е. соответственно 6 и 15 прогнозов можно считать «ложными тревогами». У метода из руководства на 24 час 4 прогноза и 1 день с осадками, на 36 час 5 прогнозов и 2 дня и ложных тревог намного меньше (3 и 3).

Оправдываемость методов на 24 и 36 час по факту и наставлению в целом за весь период представлена в таблицах 8-9 (таблицы). Расчеты показывают, что оправдываемость прогнозов на основе модели ПЛАВ, в среднем на 6-10% ниже оправдываемости метода из руководства.

При рассмотрении синоптических ситуаций в дни, когда прогноз не оправдывался, было выявлено следующее: прогнозы наличия осадков методом ПЛАВ и на 24 и, на 36 час были неудачными при прохождении быстро смещающихся холодных фронтов (7 случаев из 15 и 12 из 24 соответственно), и фронтов окклюзии (6 и 5 случаев). Скорее всего, это связано с ошибками в прогнозе вертикальных движений. Неудачные прогнозы наличия осадков, рассчитанные по методу из руководства на 24 час, в 7 случаях из 9 связаны с прохождением теплых фронтов с юга или юго-запада, на 36 час с прохождением фронтов окклюзии (8 случаев из 10). Однако, в связи с синоптическим контролем прогностических вертикальных движений, количество ошибочных прогнозов наличия осадков у метода из руководства значительно меньше, чем у прогнозов ПЛАВ.

Типичной ситуацией для неудачных прогнозов отсутствия осадков на 24 час, является наличие в районе Челябинска малоподвижного холодного фронта с волнами (у метода ПЛАВ 4 случая из 6, у метода из руководства 3 случая из 6).


Выводы

1. Сезонная зависимость оправдываемости прогнозов по модели ПЛАВ незначительная. Разница оправдываемости в холодный и теплый периоды составляет 1-5%.
2. Все характеристики успешности: оправдываемость, предупрежденность, суммарные показатели, критерий надежности Багрова, как для прогнозов наличия осадков, так и их отсутствия, у ПЛАВ хуже, чем у используемого метода. Суммарный показатель (Uя+Пя) характеризующий качество прогноза, у испытываемого метода для прогнозов на 24 час равен 115, что говорит о неудовлетворительном качестве.
3. Оправдываемость прогнозов сильных осадков обоих методов ниже 50% и является неудовлетворительной. Ложных тревог сильных осадков у испытываемого метода намного больше, чем у метода из руководства.
4. Общая оправдываемость прогнозов у метода по модели ПЛАВ на 6-10% ниже оправдываемости метода из руководства.
5. Случаи неоправдавшихся прогнозов относятся к фронтальным осадкам.


Рекомендации

Исходя из вышесказанного, испытываемый метод можно рекомендовать лишь в качестве консультационного.


Литература

1. Методические указания. РД 52.27.284-91, М 1991.
2. Наставление по краткосрочным прогнозам погоды общего назначения. РД 52.27.724 – 2009.
3. Положение об испытаниях и внедрении новых и усовершенствованных методов (способов) и расчетов. М. 1989.


Контакты

Н.В. Ячменева, начальник ОМП
Н.А. Карловская, исп. Синоптик 2 категории