Мысленков Станислав Александрович Технология оперативного прогноза волнения высокого

Мысленков Станислав Александрович Технология оперативного прогноза волнения высокого разрешения, на примере Чёрного моря МГУ имени М. В. Ломоносова, Географический факультет, кафедра океанологии stasocean@gmail. com При участии Е. В. Столяровой и В. С. Архипкина

Актуальность Разведка и подготовка к добыче нефти и газа на шельфе, строительство морских объектов делает востребованными точные региональные прогнозы волнения для прибрежной зоны, портов и гаваней. Шторма на Черном море представляют большую потенциальную опасность для различных объектов, расположенных в прибрежной зоне. Нередко шторма приносят реальные разрушения… Лазаревское Имеретинский порт

Цели доклада: Общая схема разработки диагноза и прогноза волнения Создание неструктурной вычислительной сетки Использование данных о ветре из реанализа и прогноза Создание Batch скриптов Визуализация прогнозов Продукция – прогноз волнения высокого разрешения

Схема разработки системы диагноза и прогноза волнения Ветер Реанализ NCEP CFSR, JRA-25 Батиметрия Навигационные карты SWAN На неструктурной сетке Поля ветрового волнения Диагноз Ветер Прогноз GFS, Региональные модели COSMO, WRF Сравнение с данными наблюдений (буи, спутники) Оценка качества прогноза волнения SWAN После калибровки Региональный прогноз волнения

Мировая практика • В мире в последние годы для диагноза и прогноза волнения все чаще применяются региональные версии волновых моделей , с использованием данных мезомасштабных метеорологических моделей. • Современные волновые модели: WAM, Wave. Watch 3, SWAN, STWAVE, CGWAVE и др. • Реанализы полей ветра и давления: NCEP/NCAR, NCEP CFSR, ERA-Interim, JRA и др. • Мезомасштабные прогнозы ветра и давления: GFS, Hirlam, WRF, Cosmo, Aladin и др. STRATEGIES IN USING NUMERICAL WAVE MODELS IN OCEAN/COASTAL APPLICATIONS Eugen Rusu //Journal of Marine Science and Technology, Vol. 19, No. 1, pp. 58 -75 (2011)

В ФГБУ «Гидрометцентр России» в оперативном режиме работает технология прогноза ветрового волнения в Черном море с пространственным разрешением – 9 км, прогнозы ветра GFS. ГОИН. Система оперативного диагноза и прогноза гидрометеорологических полей для Карского и Печорского морей. WRF И РАВМ. Новизна работы определяется совместным использованием численных моделей SWAN и WRF на оригинальной неструктурной сетке, включающей все Черное море и выбранные прибрежные районы с высоким разрешением (до 200 м).

Неструктурная сетка для Черного моря Сетка состоит из 15 000 узлов, шаг в нужных районах до 200 -300 м При использовании регулярной сетки с шагом 0. 05° - 33 000 узлов. Суперкомпьютер “Cray CX” МГУ М. В. Ломоносова, 24 ядра Intel Xeon, 2. 9 GHz – расчет прогноза на 3 суток занимает 2 часа

Сетка Получена мелкомасштабная нерегулярная расчетная сетка с минимальным разрешением 250 м

Инструментальные данные о волнении ü Дистанционный измеритель волнения в Цемесской бухте, Шесхарис (глубина 22 м, ряд за 2010 -11 год, высота значимых волн, дискретность 15 мин, точность 2 -3 см) Данные предоставил А. Пономарев (Гидрометеобюро Новороссийска) 5 км

Применение технологии для Голубой бухты (Геленджик)

Применение технологии для района Сочи

Софт для создания неструктурной сетки

Работа в программе SMS Aquaveo SMS (Surface Water Modelling System) Суперкомпьютер “Cray CX” МГУ М. В. Ломоносова Нерегулярная сетка Черное море кол-во узлов 8443 Разрешение в открытом море 10 км Цемесская бухта 200 -300 м Вычислительный шаг 15 мин.

Метеорологическая информация ü GFS - среднесрочный глобальный прогноз метеоусловий (72 часа, 0. 25°, шаг 3 часа) ü NCEP CFSR – глобальный реанализ (1979 -2010 0. 31°, 1 час), (2011 -н/в 0. 2°, 1 час)

Система оперативного прогноза • Исполняемые файлы системы расположены не сервере CRAY в МГУ имени М. В. Ломоносова. • Ежедневно с сервера NOAA (ftp: //nomads. ncdc. noaa. gov/GFS/) происходит скачивание полей прогноза GFS на 72 часа с шагом 3 часа. • Помощи скриптов из глобальных полей GFS вырезается область Черного моря. • Происходит конвертация полей GFS и формирование входного файла для модели SWAN. • После формирования входного файла происходит запуск модели SWAN. • После окончания расчетов модель выдает файлы содержащие следующую информацию о волнении. • Далее при помощи скриптов в Surfer производится построение карт распределения параметров волн для акватории Черного моря и для Цемесской бухты в увеличенном масштабе. • Готовые прогнозы отправляются на е-майл.

Скрипт для запуска модели Для автоматизации технологии прогноза написан batch скрипт для windows, позволяющий автоматически загружать поля, запускать модель SWAN, визуализировать данные. set dd=%date: ~6, 4%%date: ~3, 2%%date: ~0, 2% echo %dd% > date. txt 4 yest. exe for /f %%i in (date. Y. txt) do set ddy=%%i echo %ddy% wget 64. exe -a wget. log -O gfs. t 12 z. master. grbf 00. 10 m. uv. grib 2 -t 100 http: //www. ftp. ncep. noaa. gov/data/nccf/com/gfs/prod/gfs. %ddy%12/gfs. t 12 z. master. grbf 00. 10 m. uv. grib 2 wget 64. exe -a wget. log -O gfs. t 00 z. master. grbf 00. 10 m. uv. grib 2 -t 100 http: //www. ftp. ncep. noaa. gov/data/nccf/com/gfs/prod/gfs. %dd%00/gfs. t 00 z. master. grbf 00. 10 m. uv. grib 2 wgrib 2. exe gfs. t 12 z. master. grbf 00. 10 m. uv. grib 2 -d 1. 1 -lola 27: 31: 0. 5 40: 17: 0. 5 %ddy%_12_000 U. txt text wgrib 2. exe gfs. t 12 z. master. grbf 00. 10 m. uv. grib 2 -d 1. 2 -lola 27: 31: 0. 5 40: 17: 0. 5 %ddy%_12_000 V. txt text wgrib 2. exe gfs. t 00 z. master. grbf 00. 10 m. uv. grib 2 -d 1. 1 -lola 27: 31: 0. 5 40: 17: 0. 5 %dd%_000 U. txt text wgrib 2. exe gfs. t 00 z. master. grbf 00. 10 m. uv. grib 2 -d 1. 2 -lola 27: 31: 0. 5 40: 17: 0. 5 %dd%_000 V. txt text 4 input. exe swan_convert. exe swan. exe razdelenie. exe scripter. exe -x Azov_karta_zoom 003. bas scripter. exe -x Black_karta_zoom 003. bas scripter. exe -x Kerch_karta_zoom 003. bas scripter. exe -x Total_karta_zoom 003. bas

Sub Main Скрипт для запуска визуализации Dim Surfer. App As Object Set Surfer. App = Create. Object("Surfer. Application") Surfer. App. Visible = True Work. Dir="D: MatlabkerchKerch. Forecast. Systemwave" Dim Plot As Object Set Plot = Surfer. App. Documents. Add In. File ="D: MatlabkerchKerch. Forecast. System03. txt" Out. File = "D: MatlabkerchKerch. Forecast. Systemwave\" + "003" Lvl. File=Work. Dir+"1. lvl" Blank. File 1=Work. Dir+"Setka_Total. bln" xcol= 1 ycol= 2 zcol= 3 'Grids the specified data file using the Kriging algorithm Surfer. App. Grid. Data(Data. File: =In. File, xcol: =xcol, ycol: =ycol, zcol: =zcol, x. Min: =27. 440647, x. Max: =41. 800105, y. Min: =40. 932543, y. Max: =47. 287045, Algorithm: =5, Show. Report: =False, Out. Grid: =Out. File) …………. . Dim Wks As Object Set Wks = Surfer. App. Documents. Open("D: gfsDate. txt") Dim Text As Object Set Text = Shapes. Add. Text(x: =2. 0, y: =8. 0, Text: ="Significant wave height (m) forecast for 003 hours from") Text. Font. Size = 12 Text. Font. Bold = True Set Text = Shapes. Add. Text(x: =6. 4, y: =8. 0, Text: =plotdoc 1) Text. Font. Size = 12 Text. Font. Bold = True Plot. Export(File. Name: = Work. Dir+"Total_wave_003. png", Selection. Only: =False , Options: ="Width=600, Height=375")

Прогноз волнения для акватории Азово -Черноморского бассейна На 27 часов На 66 часов

Прогноз волнения для акватории Азово. Черноморского бассейна

Прогноз волнения для акватории Керченского пролива На 27 часов На 66 часов

Прогноз волнения в Керченском проливе от 30. 01. 2015 на 72 часа

Отправка продукции потребителю • • • rem *** Путь к программе blat. exe *** set file_blat=blat. exe rem *** Путь к файлу с текстом сообщения *** set file_text=date. txt rem *** Путь к файлу для сохранения лога *** set file_log=log. txt • • rem *** Данные отправителя *** set from_server=127. 0. 0. 1 (stunnel. exe) set from_port=587 set from_mail=smyslenkov@mail. ru set from_name=smyslenkov@mail. ru set from_pass=Black. Sea set to_subject="Azov, Black Sea and Kerch wave forecast“ • %file_blat% %file_text% -attach kerch_wave_forecast_%dd%. zip -server %from_server%: %from_port% -f %from_mail% -u %from_name% -pw %from_pass% -to ship@mecom. ru -s %to_subject% -log %file_log%

Список опубликованных работ 1. Система регионального прогноза ветрового волнения в Цемесской бухте Черного моря Мысленков С. А. , Архипкин В. С. // Труды государственного океанографического института, 2014, том 215, с. 117 -125 2. Анализ ветрового волнения в Цемесской бухте Черного с использованием модели SWAN Мысленков С. А. , Архипкин В. С. //Труды Гидрометеорологического научно-исследовательского центра Российской Федерации, 2013, № 350, с. 58 -67 3. Система мониторинга ветрового волнения в прибрежной зоне черного моря на основе радиолокации, прямых наблюдений и моделирования: первые результаты Ивонин Д. В. , Мысленков С. А. , Чернышов П. В. , Архипкин В. С. , Телегин В. А. , Куклев С. Б. , Чернышова А. Ю. , Пономарев А. Ю. , Халиков З. А. Проблемы региональной экологии, 2013, № 4, с. 172 -182 4. Прогноз ветрового волнения высокого пространственного разрешения в Керченском проливе Столярова Е. В. , Мысленков С. А. в журнале Труды Гидрометеорологического научно-исследовательского центра Российской Федерации, № 354, с. 24 -35

Спасибо за внимание!

Оценка качества диагностической версии на глубокой воде Сравнение результатов моделирования с инструментальными данными Шаг по времени 15 мин, длина ряда около 1 года. SWAN+CFSR. Хопа Синоп Модель, м Измерения, м Геленджик Модель, м Кол-во значений Корреляция Систематическая ошибка, м Средняя квадратическая ошибка, м Коэффициент рассеяния Геленджик 1649 Хопа Синоп 3121 0. 89 0. 05 0. 38 0. 84 0. 01 0. 28 0. 49 2412 0. 87 0. 03 0. 25 0. 31

Сравнение с РАВМ (Кабатченко И. М. , Резников М. В. Моделирование морского ветрового волнения, методы и аспекты прикладного применения, Труды ГОИН, 2011, Т. 213) Средняя высота волн, м SWAN Измерения РАВМ

Сравнение высоты волны по модели с данными волномера февраль 2010 Swh – высота значительных волн, м Здесь хотелось бы ещё что-то по SWAN дать с лазерным уровнемером 29

Сравнение высоты волн по модели с данными волномера ноябрь-декабрь 2011 Swh –высота значительных волн, м

Сравнение высоты волны по модели с данными волномера июль 2010 Swh – высота значительных волн, м 31

Статистические оценки качества моделирования волнения с ветром CFSR на мелкой воде Месяц Корр. 2010 Сист. Ср. Кв. Корр. Ошибка, м 2011 Сист. Ошибка, м Ср. Кв. Ошибка, м январь февраль март апрель май июнь июль август сентябрь октябрь ноябрь декабрь 0, 78 0, 85 0, 71 0, 54 0, 35 0, 53 0, 51 0, 30 0, 60 0, 72 0, 89 0, 77 -0, 06 0, 09 -0, 17 -0, 15 -0, 23 -0, 29 -0, 28 -0, 17 -0, 10 -0, 04 0, 08 0, 38 0, 43 0, 31 0, 25 0, 23 0, 30 0, 33 0, 31 0, 22 0, 27 0, 40 0, 81 0, 92 0, 91 0, 87 0, 26 0, 78 0, 41 0, 44 0, 51 0, 73 0, 80 0, 74 -0, 12 -0, 19 -0, 12 -0, 17 -0, 18 -0, 28 -0, 31 -0, 28 -0, 22 -0, 13 -0, 17 -0, 01 0, 26 0, 30 0, 20 0, 31 0, 24 0, 32 0, 34 0, 31 0, 24 0, 21 0, 22 0, 30 Среднее 0, 79 -0, 12 0, 31 0, 81 -0, 19 0, 27 0, 83 -0, 12 0, 26 Среднее (период май-сентябрь 0, 81 исключен) -0, 04 0, 34

Распределение систематической ошибки 2011 2010

Использование ветра WRF в диагностических расчетах Диагноз значительной высоты волн по данным измерений и по результатам моделирования с использованием ветра WRF и CFSR за период 7 -23 декабря 2010 г

Использование ветра WRF и GFS в прогностических расчетах А Б Прогноз на 3 -72 часа высоты значительных волн по результатам моделирования с использованием форсинга WRF (А) и GFS (Б) за период 16 -31 марта 2012 г.

Высота значительных волн в Черном море и Керченском проливе 11 ноября 2007