Автоматизированный метод краткосрочного (с заблаговременностью до 72 часов) прогноза положения тропических циклонов северо-западной части Тихого океана численной региональной моделью HWRF Авторы методов: зав. ОМТЦ ДВНИГМИ, к. г. н. Крохин Владимир Валерьевич н. с. ОМТЦ ДВНИГМИ, Филь Александр Юрьевич ФГБУ «ДВНИГМИ» krokhin@mail. ru тел. : 8(423)243 -14 -89 Доклад на заседании ЦМКП Росгидромета 20 июня 2017 г.
Аннотация Метод краткосрочного (с заблаговременностью до 72 часов) положения тропических циклонов северо-западной части Тихого океана основан на реализации прогностической технологии, использующую численную региональную модель HWRF (Hurricane Weather Research and Forecasting Model). Представлены результаты оперативных испытаний прогностической технологии - числовые характеристики положения, интенсивности и эволюции ТЦ, полученные в процессе испытаний метода и технологии прогноза в период 2014 – 2016 гг. с детализацией по годам и текущему положению центра ТЦ относительно параллели 25° северной широты. Выполнено сравнение характеристик успешности прогноза положения ТЦ по испытываемой методике с инерционным прогнозом и зарубежными аналогами. Оперативная технология прогноза параметров ТЦ предусматривает выдачу прогностической продукции в виде карт-слайдов, метеограмм и телеграмм специализированного назначения и своевременное её доведение основным заказчикам - УГМС ДВ-региона и другим потенциальным потребителям данной информации.
Общие сведения • Цель работы - создание современной отечественной автоматизированной технологии прогноза характеристик тропических циклонов (ТЦ); • Работа выполнялась в течение 2011 -2013 гг, усовершенствована за 2014 -2016 гг. • Предшествующие технологии – комплексный метод прогноза ТЦ (В. П. Тунеголовец, 2010) : не обеспечивали необходимую точность прогноза не были автоматизированы, требовали участия оператора; малый перечень прогнозируемых параметров. Однако дали ценный опыт по прогнозированию ТЦ. • Предлагаемая технология – полностью автоматизирована. • Перечень прогнозируемых параметров может уточняться по требованию заказчиков – управлений Гидрометслужбы.
Испытания проводились По Планам «Испытаний новых и усовершенствованных методов гидрометеорологических и гелиофизических прогнозов» на 2014 – 2016 гг. Срок испытаний: 1 января 2014 – 31 декабря 2016 г. Цель испытаний: Определение степени прогностической ценности рассчитываемых модельных прогнозов положения тропических циклонов северо-западной части Тихого океана для возможности их применения в производственной практике УГМС ДВ-региона России.
Конфигурация модели HWRF-ДВНИГМИ Регион расчёта: северо-западная часть Тихого океана (СЗТО) Вычислительное ядро – WRF-NMM. 3. 3. 1 Шаг по горизонтали – 27 км (9 км в окрестности ТЦ) Вертикальных уровней – 43 Область прогноза: ≈8000 x 8000 км, центр – южнее Японских островов. Рельеф: 30” Шаг по времени 54 сек Заблаговременность: до 72 часов. Время счета 2. 5 часа на вычислителе SGI® Altix® UV 100 (0. 8 Тфлопс) Расчет проводится 2 раза в сутки от 00 h и 12 h ВСВ Исходные данные: gfs (Global Forecasting System, NCEP, США) 0, 5°: Начальные данные - gfs заблаговременность 00 час (анализ). • Начальные данные о ТЦ: телеграммы Объединённого центра предупреждения о тайфунах (Joint Typhoon Warning Centre, JTWC). • • •
Пример области расчета
Используемые параметризации • Приземный слой: схема Монина-Обухова (GFDL версия) • Пограничный слой: схема NCEP GFS • Микрофизика влаги: схема Феррье с учётом процессов смешанной фазы (адаптирована для тропиков) • Радиация коротко- и длинноволновая: схема GFDL (учёт балла облачности, содержания водяного пара и озона) • Процессы в подстилающей поверхности: схема SLAB-GFDL • Конвекция: AS - схема Аракавы-Шуберта (Arakawa-Schubert)
Подготовка вихря тайфуна • Источник данных о ТЦ: телеграммы JTWC (TC VITALS) • Комплекс программ: HWRF-utilities. 3. 3. 1 • Инициализация вихря: схема «холодный старт» GFDL. 3. 3. 1 • Тип процедуры инициализации: непосредственная (direct) • Размер области инициализации: 40 на 40 градусов • Размер области ТЦ: 6 на 6 градусов Пример работы блока препроцессинга модели (до и после):
Трекинг тайфуна • Источник данных о ТЦ во время счета: выходные данные модели HWRF-ДВНИГМИ (0. 1 x 0. 1 град) • Комплекс программ: GFDL Vortex Tracker • Анализ: метод последовательных приближений Барнса • Основные параметры: завихренность на 700, 850 г. Па, на 10 м; геопотенциальные высоты 700, 850 г. Па; приземное давление; • Дополнительные параметры: ветер на 10 м; ветер на 700, 850 г. Па.
Выходная продукция: ATCF телеграмма • ATCF: Automated Tropical Cyclone Forecast • Формат телеграммы: текстовая телеграмма • Представление выходных данных: от 1 до 3 записей на срок • 1 -я запись: прогноз положения и интенсивности + радиусы зон ветров 34 узла • 2 -я запись: прогноз положения и интенсивности + радиусы зон ветров 50 узлов • 3 -я запись: прогноз положения и интенсивности + радиусы зон ветров 64 узла
Качество прогнозов характеристик ТЦ Оценивалось по cледующим источникам: - РД 52. 27. 284 – 91 «Методические указания. Проведение производственных (оперативных) испытаний новых и усовершенствованных методов гидрометеорологических и гелиофизических прогнозов» . - РД 52. 27. 724 -2009 "Наставление по краткосрочным прогнозам погоды общего назначения» - ряд дополнительных статистических характеристик (критерий Стьюдента).
Порядок проведения испытаний Расчеты выполнялись на вычислительных ресурсах ФГБУ «ДВНИГМИ» два раза в сутки от 00 h и 12 h ВСВ. Прогностическая продукция (телеграммы и сеточные данные в коде GRIB) фиксировалась на серверах ФГБУ «ДВНИГМИ» . Графическая продукция передавалась на сайт ФГБУ «ДВНИГМИ» для последующего использования дальневосточными подразделениями Росгидромета.
Анализировались характеристики качества прогнозов положения и эволюции ТЦ: - в целом по северо-западной части Тихого океана (W); - отдельно: для территорий к северу и югу от 25 с. ш. ; - отдельно по каждому году; - выполнялось сравнение с инерционным прогнозом ТЦ.
Характеристики качества прогноза ТЦ Качество прогноза ТЦ оценивалось согласно РД 52. 27. 284 – 91 : - ошибки положения ТЦ; - ошибки направления перемещения ТЦ; - ошибки скорости перемещения ТЦ.
Анализ результатов: ошибка положения ТЦ • качество прогноза положения ТЦ по СЗТО, СЗТО-юг, СЗТО-север хорошее; • отмечена межгодовая изменчивость оценок прогноза положения ТЦ; • максимальная изменчивость характерна для района СЗТО-север (севернее 25 с. ш).
Анализ результатов: повторяемость прогнозов положения ТЦ • доля хороших прогнозов до 24 ч – 87 -90%; • на период 48 ч доля хороших прогнозов 60 -75% доля удовлетворительных 20 -35%; • на период 72 ч доля хороших и удовлетворительных прогнозов – 80%; • инерционный прогноз положения ТЦ имеет ценность на период до 24 часов; • отмечена изменчивость оценок от года к году.
Оценка статистической значимости преимущества методических прогнозов ТЦ перед инерционными прогнозами по статистическому t-критерию Стьюдента за весь период оперативных испытаний 20142016 гг. • наилучшим образом удаются прогнозы положения ТЦ; • на втором месте по качеству идут прогнозы направления перемещения; • на последнем месте – прогнозы скорости перемещения ТЦ.
Сводная таблица средней ошибки положения центра ТЦ разными методами
Анализ результатов: ошибка прогнозов скорости перемещения ТЦ СЗТО ЮГ СЗТО СЕВЕР • качество прогнозов скорости ТЦ – хорошее для всех заблаговременностей; • абсолютная ошибка прогнозов скорости ТЦ слабо зависит от заблаговременности; • систематическая ошибка – отрицательна; • занижение скорости ТЦ характерно для территории СЗТО к северу от 25 с. ш.
Анализ результатов: ошибка прогнозов ТЦ по направлению СЗТО ЮГ СЗТО СЕВЕР • качество прогнозов ТЦ по направлению– хорошее для всех заблаговременностей; • в целом, по району СЗТО преобладают ошибки «вправо» ; • для траекторий прогнозов южнее 25 с. ш. ошибки по направлению больше, чем для траекторий прогнозов севернее 25 с. ш. ; • межгодовая изменчивость ошибок по направлению - практически отсутствует.
Анализ результатов: ошибка прогнозов интенсивности ТЦ (максимальный ветер) СЗТО ЮГ СЗТО СЕВЕР • качество прогнозов интенсивности ТЦ - удовлетворительное для всех заблаговременностей; • систематическое занижение скорости максимального ветра больше характерно для района СЗТО-ЮГ. возможное решение – введение систематической поправки. ; • межгодовая изменчивость ошибок также больше характерна для района СЗТО-ЮГ.
Далее на слайдах представлено: несколько примеров графической продукции модели HWRF-ДВНИГМИ
Сопровождение ТЦ LIONROCK (с 18 августа, 12 ВСВ по 30 августа, 18 ВСВ 2016 года)
Пример оперативного прогноза ТЦ моделью HWRF-ДВНИГМИ
Выводы Анализ оценок прогнозов, осредненных за период 20142016 гг. , для 68 тропических циклонов, показывает достаточно высокую оправдываемость прогнозов положения, скорости и направления перемещения ТЦ за весь период испытаний и может быть рекомендован к использованию в оперативной практике УГМС ДВ-региона в качестве основного метода прогноза положения ТЦ в целом по СЗТО. Прогноз интенсивности ТЦ может использоваться в качестве вспомогательного или консультативного прогноза.
Решение ЦМКП о статусе метода ЦМКП считает целесообразным: • - одобрить работу ФГБУ «ДВНИГМИ» по разработке автоматизированного метода краткосрочного (с заблаговременностью до 72 часов) прогноза положения тропических циклонов северо-западной части Тихого океана численной региональной моделью HWRF. ЦМКП рекомендует: • - внедрить автоматизированный метод краткосрочного (с заблаговременностью до 72 часов) прогноза положения тропических циклонов северо-западной части Тихого океана в составе выходной продукции численной региональной модели HWRF в ФГБУ «ДВНИГМИ» и для практического применения в оперативно-прогностической работе дальневосточных территориальных управлений Росгидромета, а также в Дальневосточном и Камчатском филиалах ФГБУ «Авиаметтелеком Росгидромета» в качестве основного метода; • - прогноз интенсивности ТЦ может использоваться в качестве консультативного прогноза; • - ФГБУ «ДВНИГМИ» обеспечить доставку прогнозов положения тропических циклонов с использованием WEB-технологий дальневосточным территориальным управлениям Росгидромета и филиалам ФГБУ «Авиаметтелеком Росгидромета» ; • - авторам продолжить работу по совершенствованию автоматизированной технологии краткосрочного (с заблаговременностью до 72 часов) прогноза положения и интенсивности тропических циклонов (ТЦ) и методов прогноза элементов и явлений погоды в окрестностях тропических циклонов по северно-западной части Тихого океана с учетом физико-географических и климатических особенностей рассматриваемого региона, включая вопрос об увеличении заблаговременности прогноза.
Скачать презентацию Автоматизированный метод краткосрочного с заблаговременностью до 72 часов
d52f569efc585bec0d49d3f56d4e3d49.ppt