Об официальных и автоматизированных методах подготовки долгосрочных прогнозов
«Официальные» метеорологические прогнозы готовятся специалистами-прогнозистами путем экспертной оценки и обобщения результатов различных расчетных прогностических методик. Официальный прогноз Гидрометцентра России по территории страны на теплое полугодие был выпущен в марте. В конце каждого месяца он уточняется официальными прогнозами на следующий календарный месяц. Глобальные сезонные прогнозы готовятся в Гидрометцентре России регулярно, но формально они не включены в перечень официальной продукции - они рассчитываются на основе полностью объективной технологии без вмешательства специалистов-прогнозистов.
На практике используются разные подходы к задаче долгосрочного прогноза. Перспективным сейчас является гидродинамико-статистический подход на базе моделей общей циркуляции атмосферы и океана. Подобным образом были рассчитаны и представленные ниже прогнозы на лето 2012 года.
Прогноз на лето - результаты моделирования
По выполненным в конце мая расчетам Гидрометцентра России и ГГО им.А.И.Воейкова почти на всей территории Северной Евразии предстоящее лето 2012 г. предполагается теплее нормы или близким к обычному. На рис.1 показаны результаты выполненных расчетов средних сезонных аномалий приземной температуры. Аномалиями в данном случае называются отклонения прогнозируемой температуры от «нормы», т.е. от средних за предшествующие несколько десятков лет (для рис.1 – за период с начала 80-х годов) значений для этого времени года. Положительные аномалии средней сезонной температуры означают относительно теплое, отрицательные - холодное лето. Более естественной формой представления сезонных прогнозов, однако, является вероятностный прогноз, который характеризует степень неопределенности при расчете того или иного прогностического сценария (рис.2).
Рис.1: Прогностические сезонные аномалии температуры на высоте 2 метра (в °С) для лета 2012 года по результатам моделей Гидрометцентра России/ИВМ РАН и ГГО (рассчитано 30 мая 2012 г.).
Рис.2: Композитная карта вероятностей, построенная по данным сезонных прогнозов Гидрометцентра России/ИВМ РАН и ГГО на лето 2012 года для приземной температуры. Цветом показаны наиболее вероятные категории сезонных аномалий температуры: красные тона - выше нормы, синие тона - ниже нормы, зелёные тона - около нормы. Интенсивность этих цветов характеризует прогностическую вероятность того или иного сценария - более насыщенные цвета означают более высокую вероятность.
Долгосрочный прогноз – сложная ресурсоемкая задача, для решения которой целесообразно объединять усилия различных прогностических центров. В структуре Всемирной Метеорологической Организации глобальные сезонные прогнозы сегодня ежемесячно выпускают двенадцать центров: Вашингтон (США), Мельбурн (Австралия), Монреаль (Канада), Москва (Россия), Пекин (Китай), Претория (ЮАР), Рединг (Центр стран ЕС), CPTEC (Бразилия), Сеул (Республика Корея), Токио (Япония), Тулуза (Франция), Экзетер (Великобритания). На рис.3 вы можете видеть прогнозы этих центров на лето 2012 года.
Рис.3. Сезонные прогнозы аномалий приземной температуры на лето 2012 года, выпущенные различными Центрами глобальных долгосрочных прогнозов погоды (GPC - Global Producing Centre) Всемирной Метеорологической Организации (по данным на середину мая 2012 г.)
На рис.4 показано, как согласуются прогнозы этих двенадцати прогностических центров на лето 2012 года. Интенсивность цвета на рисунке характеризует степень согласия между прогнозами: чем интенсивнее теплые тона, тем большее количество моделей прогнозируют в данном регионе лето теплее обычного. Насыщенность синих цветов характеризует степень согласия прогнозов холодного лета.
Рис.4. Карты согласованности прогнозов аномалий приземной температуры на лето 2012 года по данным различных прогностических центров. Интенсивность заливки красным/синим цветом показывает, сколько из двенадцати моделей прогнозирует сезонные аномалии «выше»/«ниже» нормы. Белым цветом обозначены регионы, где прогнозы разных центров сильно различаются - в этих регионах нет уверенного прогностического сигнала.
Хорошая согласованность прогнозов различных производителей в том или ином регионе – один из индикаторов надежности прогноза. Можно видеть, что большинство центров солидарны в прогнозе средней летней температуры выше нормы для большей части территории страны.
О предсказуемости атмосферных процессов и форме представления долгосрочных прогнозов
Практическая успешность прогнозирования состояния атмосферы зависит от целого ряда факторов. Важным фактором является полнота и точность начальных данных о текущем состоянии атмосферы и ее подстилающей поверхности (суши, океана). Имеющиеся измерения параметров состояния окружающей среды отрывочны и содержат погрешности, поэтому ошибки содержатся уже в оценке начального состояния атмосферы, с которого стартует расчет прогноза. Эти ошибки имеют тенденцию расти с увеличением периода прогноза. Прогностические методы и технологии также не идеальны. Атмосферные процессы в моделях представлены упрощенно. Некоторые процессы мы пока не до конца понимаем. Но не следует списывать все проблемы долгосрочного прогноза на несовершенство используемых моделей и недостатки их информационного обеспечения. Современные модели общей циркуляции атмосферы успешно воспроизводят многие свойства атмосферы и становятся все более совершенными. На пути к долгосрочному прогнозу есть и другая проблема – проблема предсказуемости (ее известная иллюстрация - "эффект бабочки").
Проблема предсказуемости возникла уже после первых численных экспериментов по моделированию эволюции атмосферы на долгие сроки. Еще в конце 50-х годов было показано, что из-за гидродинамической неустойчивости атмосферы сколь угодно малые ошибки задания начальных данных с течением времени трансформируются в большие, и за пределами примерно двухнедельного временного интервала прогноз на тот или иной момент времени в будущем оказывается равноценным случайному. Реально практически полезные детализированные по дням прогнозы погоды сегодня можно выпускать на сроки до примерно одной недели. За пределами этих сроков область более-менее уверенного прогноза по дням кончается.
Сказанное не означает, что мы ничего не можем сказать о будущем атмосферы на месяц вперед и далее. Нет, просто долгосрочные прогнозы формулируются в других терминах и требования к ним другие. Объектами долгосрочного прогноза являются не мгновенные значения метеорологических параметров, т.е. не «погода» в определенной точке в определенное время, а атмосферные статистические характеристики для прогностического периода (средние значения, повторяемость появления различных градаций метеорологических параметров и др.). Основным источником долговременной (но также конечной) предсказуемости атмосферы при этом становится влияние медленно меняющихся внешних условий на границах атмосферы – температура поверхности океана, распределение морского льда, влажности почвы и т.д.
Формально ничего не стоит детализировать долгосрочный прогноз хоть по минутам, но эта детализация не будет обеспечена реальными возможностями современных прогностических технологий. Вы знаете, что и на завтра прогноз иногда не оправдывается, т.к. метеорологические процессы могут развиваться быстрее, медленнее или просто иначе, чем прогнозировалось. Что говорить о сезоне... Сегодня долгосрочные прогнозы обычно составляются без детализированной временной разбивки, в форме средних за период (декада, месяц, сезон) аномалий, т.е. отклонений от климатической нормы. Для долгосрочных прогнозов характерна высокая степень неопределенности, поэтому естественно представлять такие прогнозы в вероятностном виде, хотя эта форма пока непривычна для большинства читателей. Пути повышения качества и повышения информативности сезонных прогнозов - область активных исследований.
Несколько слов о технологиях подготовке модельных долгосрочных прогнозов
Чем больше срок, на который рассчитывается прогноз, тем больше нужно информации для его подготовки. Чтобы рассчитать прогноз на пару дней вперед, надо иметь данные о фактической погоде на территории с масштабами нескольких тысяч километров. А прогноз на неделю и далее требует информации о том, что происходит с погодой на всем земном шаре.
При долгосрочном прогнозе приходится рассматривать практически всю климатическую систему, в которую входят атмосфера, океан и верхний слой суши, и учитывать многочисленные связи между отдельными звеньями этой системы. Многие физические механизмы, слабо ощутимые в прогнозах на короткие сроки, становятся важными в долгосрочных прогнозах. Многие из этих механизмов недостаточно изучены и требуют дальнейших исследований. Для ответа на многие вопросы имеющаяся наблюдательная база недостаточно полна.
Общая тенденция развития прогностических моделей - учет и улучшение представления в них все большего числа физических механизмов. Во многих случаях это требует междисциплинарных исследований (химия атмосферы, взаимодействие растительности с атмосферой, электромагнитные явления в атмосфере и т.д.). Даже для мощных метеорологических центров расчет глобальных долгосрочных прогнозов – сложная задача. Одно из веяний последнего времени – построение совместных прогнозов силами нескольких метеорологических центров из разных стран. Гидрометцентр России - один из активных участников этой деятельности.
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Чтобы писать комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
» Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации. Зарегистрируйтесь на портале чтобы оставлять комментарии
Материалы предназначены только для ознакомления и обсуждения. Все права на публикации принадлежат их авторам и первоисточникам. Администрация сайта может не разделять мнения авторов и не несет ответственность за авторские материалы и перепечатку с других сайтов. Ресурс может содержать материалы 16+
