. . , . . , . . АВ Муравьев ЕН Круглова ИА Куликова « », ФГБУ Гидрометцентр России Москва

Ансамблевый долгосрочный прогноз метеорологических условий с недельной дискретизацией: технология и

методологические вопросы

Международная научная конференция по региональным проблемам гидрометеорологии имониторинга окружающей

среды2-4 2012 , октября года

. , г Казань Республика Татарстан

Введение В Гидрометцентре России развернута и отлажена

технологическая линия еженедельных выпусков глобальных долгосрочных метеорологических прогнозов.

Вычислительной основой схемы являются гидродинамические модели общей циркуляции атмосферы (МОЦА), эксплуатируемые в Гидрометцентре России и в ГГО им. А.И.Воейкова. Прогнозы строятся на основе ансамблей с 20 и 10 членами, рассчитанными по моделям МОЦА ПЛАВ и ГГО, соответственно.

На вычислительных машинах, включая «большой вычислитель» SGI Altix 4700, высокопроизводительный сервер и персональные компьютеры, размещены программные блоки подготовки исторических прогнозов, формирования прогностических ансамблей и суперансамбля, расчетов вероятностных прогнозов, стандартизованной верификации результатов прогнозирования.

В режиме постпроцессинга результатов гидродинамического моделирования проводится детализация прогнозов температуры воздуха для 70 станций СНГ.

Итоги и планы

С использованием современных вычислительных средств развернута и отлажена технологическая линия еженедельных выпусков глобальных долгосрочных метеорологических прогнозов с блоком детализации прогнозов приземной температуры воздуха для 70 станций на территории СНГ.

На базе архива реанализа (Reanalysis-2) созданы климатические архивы основных метеорологических полей в суточной дискретности и проведено сравнение полученных полей с данными станционных наблюдений.

Разработаны программные средства пополнения архивов, полученных на основе Reanalysis-2 с шестичасовой дискретностью, в реальном режиме времени.

Созданы программные средства мониторинга качества прогнозов на основе стандартов ВМО (SVSLRF).

Планируется включение в технологию процедур калибровки прогностических ансамблей и дополнительных блоков статистической интерпретации выходной продукции МОЦА.

Техн

олог

ия

1. Подготовка ретроспективных и оперативных прогнозов с недельной дискретизацией (ЭВМ SGI Altix 4700).

2. Блок осреднения прогностических ансамблей и ретроспективных прогнозов (ЭВМ SGI Altix 4700 и сервер с большой дисковой памятью).

3. Процедура обмена данных с помощью внешнего сервера.

4. Программные блоки формирования вероятностных прогнозов и прогностического суперансамбля по моделям ГГО им. Воейкова и Гидрометцентра России.

5. Мониторинг качества оперативных прогнозов в режиме ON-LINE.

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ:

SGI Altix 4700. ПРОГНОЗ И ОСРЕДНЕНИЕ (еженедельные прогнозы)

Полный архив ретроспективных прогнохов

Полный архив оперативных прогнозов

Осреднение ретроспективныхпрогнозов* Настройка по date_in.dat* Период: с 1981 по 2010гг.; * 10 реализаций; 5 метеоэлементов (с учетом размерных коэффициентов); * 6 осредненных временных интервалов (1, 2, 3, 4 недели, средние за 1-4 и 3-6 недели);* Выходные файлы в директории: /MMDD_week_ensemble/

PS:MM – месяц прогноза;DD – день прогноза;YEAR – год;nn – номер реализации прогноза.

1

SERVER-26

С 1981 по 2010гг.; 10 реализаций; 19 метеоэлементов; 45 суток,

20 реализаций; 19 метеоэлементов; 45 суток)

Осреднение текущего прогноза* Result:20 реализаций; 5 метеоэлементов(с учетом размерных коэффициентов);•6 осредненных временных интервалов(1, 2, 3, 4 недели, средние за 1-4 и 3-6 недели);* Выходной файл: YEARMMDD_week_ensemble.bin

2

/oper/operseason/ DATA/HINDW/erfms.YYNNDATE.nn.dat

/operseason/DATA/FOREC_ARCHIVE/YEARMMDD/ erfm.YYMMDD.nn.dat

Выходной набор прогностических метеэлементов:

1. Давление на уровне моря.   2. Геопотенциальная высота 500 гПа.   3. Температура на высоте 2 м.   4. Температура на уровне 850 гПа.   5. Суммарные осадки

Входные параметры: date_in.dat

Прогностическая система ПЛАВ.

Долгосрочный прогноз.

SERVER-26. БЛОК ПОСТРОЦЕССИНГА (еженедельные прогнозы)

Вычисление

мультимодельных прогностических

полей метеовеличин, вероятностных характеристик,

расчерчивание прогностических карт ГМЦ, ГГО, ГМЦ+ГГО

Входные параметры:1. Имена входных файлов2. Периоды прогноза (1-7, 8-14, 15-21, 22-28, 1-30, 15-45 сутки)3. Интервал ретроспективных прогнозов 1981-2010 гг.

Altix 4700

MySQL-26 (результаты прогноза

на сетке и на станциях),

Текущие прогнозы и вероятностные

характеристики MGO

Ретроспективные прогнозы PLAV

Архив сеточных и станционных

прогнозов

Текущие прогнозы PLAV

SERVER-230

Выходная продукция:1.Набор прогностических карт2.Данные для сайта в формате базы данных MySQL3.Архив сеточных и станционных прогнозов для верификации и мониторинга прогнозов4.Формирование данных прогноза ГМЦ для передачи в ГГО

Климатические архивы: Расчеты климата для основных метеорологических величин

в суточной дискретности производятся на базе реанализа (Reanalysis – II) [Kanamitsu et al. 2002] за период 1981-2010 гг.

Климатический архив для станционных данных формируется на основе архива ВНИИГМИ-МЦД [Массив данных, 2007] за период 1961- 1990 гг.

Эталонные архивы: Эталонными данными, с которыми сравниваются

результаты прогнозов, служат поля давления на уровне моря, Н-500, температуры воздуха на уровне 2 метров и поверхности 850 гПа и осадков с временной дискретизацией 6 часов, полученные на основе реанализов NOAA NCEP-DOE Reanalysis-2 подготовленные в Международном научно-исследовательском институте по проблемам климата и общества в США - The International Research Institute for Climate and Society (The IRI's).

Результаты прогнозов для 70 станций, расположенных на территории СНГ, верифицируется на основе данных базы МАКТ ГУ Гидрометцентр России. И

СПО

ЛЬЗ

УЕМ

ЫЕ

АРХИ

ВЫ

Пространственное распределение разностей климатических средних станционных значений приземной

температуры воздуха и реанализа и соответствующих значений критерия

Стьюдента а) и б) 15 января, в) и г) – 15 апреля, д) и е) – 15 июля, ж) и з) – 15

октября 15 июля (д,е), 15 октября (ж,з).

Пространственное распределение разностей средних квадратических отклонений станционных значений приземной температуры воздуха и

реанализа и соответствующих значений критерия Фишера а) и б) 15 января, в) и г) –

15 апреля, д) и е) – 15 июля, ж) и з) – 15 октября.

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

Сравнение суточного климата и среднеквадратического отклонения, полученных по данным реанализа (красная кривая) с данными наблюдений (синяя кривая) на станциях: а) Москва; б) Саратов; в) Ташкент; г) Костанай; д) Верхоянск; е) Хабаровск.

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

Мониторинг качества месячных и сезонных прогнозов в регулярности оперативных прогнозов Показатели для семи регионов Земного шара:

# Европа (10W-60E, 35N-70N) # Северная Евразия (60E-190E, 40N-75N) # СНГ (20E-180E, 40N-70N) # Глобус (0.0-359E, 90S-90N) # Внетропические широты Северного полушария (0.0-359E, 20N-90N) # Внетропические широты Южного полушария (0.0-359E, 90S-20S) # Тропические широты (0.0-359E, 20S-20N) Осреднение по времени: 1, 2 , 3, 4 недели, 1-4 и 3-6 недели

ВЕРОЯТНОСТНЫЕ ПРОГНОЗЫ. РАСЧЕТ ТАБЛИЦ СОПРЯЖЕННОСТЕЙ И СТАТИСТИЧЕСКИХ ОЦЕНОК КАЧЕСТВА .

Стандартизованная система оценок качества долгосрочных прогнозов (SVSLRF)

• Относительные оперативные характеристики (ROC)

• Диаграммы надежности (Reliability diagrams)

• Гистограммы частот (Frequency histograms)• Критерии Брайера (Brier decompositions)• Ранговый критерий (Rank scores)• Показатель Геррити (Gerrity score)• Потенциальная экономическая

эффективность (Economic value)

New Attachment II-8 (9) to theManual on the GDPS (WMO-No. 485), Volume I. Муравьев А.В. Стандартизованная система верификации долгосрочных метеорологических прогнозов. 80 лет Гидрометцентру России. 2010, стр. 264-288.

Вери

фик

ация

и м

онит

орин

г

Оценки качества сеточных полей

Оценки качества по станционным

данным

Архив суточных

данных Reanalys-2,CFSR (1981-2011)

Архив текущих

ежесуточныхданных (Reanalys-2)

Архив фактических

станционных данных (МАКТ,120 )ст

Архивклиматическихстанционных

данных( ,70 )Обнинск ст

Субъективный анализ результатов прогноза

1

2

3

MySQL-26 Исходные р , езультаты прогноза

,Прогнозы для сайта Фактические поля и станционные данные

Выбор необходимых данных из архивов

Архивпрогностических

ежесуточных данных

Архив оценок в форматесайта

4 Размещение оценок

на сайте

СЕРВЕР-26. МОНИТОРИГ И ВЕРИФИКАЦИЯ

Сводная таблица оценок недельных прогнозов ГМЦ и ГГО; начальная дата прогноза 20120613 ELEMENT trsf EUROPE (10-60, 35 - 70) RO Q MSE MSSS AC RMS ROC_BN ROC_NO ROC_AN ROC_AG week1_HMC 0.79 2.40 8.52 -0.15 0.58 2.92 0.83 0.62 0.73 0.73 week1_MGO 0.78 0.79 3.71 0.50 0.71 1.93 0.60 0.68 0.74 0.67-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- week2_HMC 0.05 2.68 8.80 -1.66 0.32 2.97 0.53 0.47 0.53 0.51 week2_MGO 0.34 0.65 3.47 -0.05 0.34 1.86 0.73 0.60 0.75 0.69-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- week3_HMC 0.32 4.97 11.85 -0.95 0.28 3.44 0.34 0.49 0.51 0.45 week3_MGO 0.16 1.63 5.83 0.04 0.27 2.41 0.37 0.58 0.61 0.52-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- week4_HMC 0.58 4.27 10.76 -0.78 0.41 3.28 0.41 0.48 0.50 0.46 week4_MGO 0.20 1.46 5.97 0.01 0.22 2.44 0.48 0.54 0.54 0.52--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- month1_HMC 0.60 4.84 5.96 -0.82 0.58 2.44 0.49 0.49 0.48 0.49 month1_MGO 0.56 1.18 2.12 0.35 0.60 1.46 0.71 0.61 0.69 0.67-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- month2_HMC 0.51 7.42 8.88 -2.70 0.48 2.98 0.45 0.51 0.45 0.47 month2_MGO 0.46 0.93 1.62 0.33 0.61 1.27 0.62 0.57 0.68 0.62

ПРИМЕРЫ ВЫХОДНОЙ ПРОДУКЦИИ и ОЦЕНОК КАЧЕСТВА