Система прогнозирования характеристик ветрового волнения в Мировом океане

Система прогнозирования характеристик ветрового волнения в Мировом океане Зеленько А. А. , Струков Б. С. , Реснянский Ю. Д. ФГБУ “Гидрометцентр России” ЦМКП 28. 03. 2016

Прогноз ВВ в океане и морях РФ ь ь Мировой океан (0, 5 х0, 5 ) → Арктический бассейн (~10 км) → (Баренцево море) → Белое море (~2 км) Каспийское море (~6 км) → Северный Каспий (~2 км) Черное море (~9 км) → Азовское море (~2 км) → Керченский п-в (~600 м) Балтийское море (~4 км) → Финский з-в (~2 км) → Невская губа (~500 м) http: //hmc. meteorf. ru/sea

Комплексная система прогноза ВВ ü ü ü ü Множественность разномасштабных географических объектов – тиражирование технологических линий Базовая физическая модель для глубокой (Wave. Watch. III) и мелкой (SWAN) воды Вычислительное ядро – технология MPI Вложенные сетки Форсинг – развивающийся набор источников прогноза ветра и ледовых условий (анализ/прогноз) Мониторинг качества прогнозов Генерация и распространение оперативной продукции

Конфигурация расчетной области 66º-83º с. ш. ; 0, 25º× 0, 1º (~10 км) 66º-78º с. ш. ; 0, 5º× 0, 5º / 0, 25º× 0, 1º 87ºю. ш. -78ºс. ш. ; 0, 5º× 0, 5º (~50 км) Спектральное пространство: Дискретность частот – 25 членов геометр. прогрессии с множителем 1, 1 от 0. 042 Гц Угловая дискретность – 24 направления с шагом 15°

Модельная батиметрия Батиметрия – ETOPO-5, GEBCO Береговая линия – GSHHS

Прогностический форсинг Прогностические поля: ветер (z=10 м), Tw, Ta, Сice

Выходные данные Сеточные поля высота преобладающих волн и среднее направление распространения ü средняя длина волн ü средний период волн ü высота ветровых волн и среднее направление их распространения ü высота волн зыби и среднее направление их распространения ü Волновые спектры ü ü в заданных точках на заданных траекториях

Технологическая линия (ежедневная задача) ü Подготовка входной метеорологической информации ü Интегрирование модели на заданный интервал времени с начальными условиями из предыдущего прогноза на одни сутки ü Определение основных волновых параметров по рассчитанным волновым спектрам ü Графическое представление (визуализация) расчетных полей ü Пересылка графической продукции на Web сайт ü Размещение цифровой продукции в СРБД ЕСИМО ü Архивация цифровой и графической продукции

Вычислительная задача ü ЭВМ РСК Торнадо, 128 процессоров (MPI) ü Максимальная заблаговременность прогноза 5 суток (120 час) ü Периодичность вывода результатов 3 часа (15 мин в режиме оценки качества) ü Запуск в 04: 40 ВСВ для стартового срока прогноза 00 ü Время счета 14 мин (без учета ожидания очереди) ü Статус задачи “НИР”

Оценка качества прогнозов Период: 1 октября 2014 - 30 сентября 2015 г. Оцениваемый параметр – высота преобладающих волн (ВПВ англ. аналог – SWH) ВПВ формально определяется как средняя высота волн верхней трети функции распределения по высотам, или как четырехкратное стандартное отклонение водной поверхности. ВПВ приблизительно соответствует визуальной оценке средней высоты волн, даваемой опытным наблюдателем.

Верификация: Данные измерений ВПВ

Верификация: Точность измерений ВПВ Спутниковая альтиметрия max (0. 4 м, 0. 1 SWHobs) ü Picot et al. , 2003: ü Abdalla et al. , 2010: смещение 13 -20 см; относительная погрешность 5 -8% Волновые буи Номинальная точность измерений ВПВ – 0, 2 м

Верификация: Статистики Точечные коллокации “прогноз-наблюдение” (линейная пространственно-временная интерполяция)

Верификация: Статистики 1. 10. 2014 -30. 09. 2015 Зависимость смещения, СКО и коэффициента корреляции от заблаговременности прогноза по данным буёв (сплошные кривые) и по спутниковым данным (пунктир)

Верификация: Форсинг ПЛАВ vs GFS Характеристики точности прогнозов ВПВ с форсингом ПЛАВ (пунктир) и форсингом GFS (сплошные кривые). Период: 15. 03. 2015 -30. 09. 2015. Наблюдения: спутники

Сертифицированные ЦМКП системы Оперативный глобальный прогноз волнения по модели ААНИИ (AARI-PD 2) с использованием полей ветра атмосферной модели Гидрометцентра России. (1, 25º× 1, 25º; прогноз ветра Т 169 L 31) ААНИИ, Гидрометцентр России. Решение 16. 05. 2008. Метод прогноза смешанного волнения на дальневосточных морях и в Тихом океане (северное полушарие). (1º× 1º; прогноз P 0 UKMO) ДВНИГМИ. Решение ЦМКП от 02. 04. 2009.

Сравнение: национальные системы Критерии точности прогнозов ВПВ: пунктир – технология AARI-PD 2; cплошные кривые – данная система. Период: 1. 10. 2014 -30. 09. 2015. Наблюдения: спутники

Сравнение: зарубежные системы Февраль 2015 Зависимость смещения и СКО от заблаговременности прогноза для системы ГМЦ (линии) и диапазон изменчивости указанных характеристик по данным 10 моделей (заливка). [Intercomparison of operational wave forecasting systems against buoys. JCOMM. May 2015]

Продукция системы: примеры Прогноз высоты преобладающих волн от 00 ВСВ 27. 03. 2016

Продукция системы: примеры Прогноз высоты преобладающих волн от 00 ВСВ 27. 03. 2016

Выводы Система является существенным развитием комплексной технологии оперативного прогнозирования ветрового волнения в океанах и морях России, развиваемой в ФГБУ “Гидрометцентр России”. Полученные в ходе испытаний статистические характеристики оправдываемости прогностических полей соответствуют нормативным требованиям [Наставление …, 2012] к оперативным прогнозам характеристик ветрового волнения. Показатели качества рассмотренных прогнозов ветровых волн сопоставимы с оценками для известных по литературным источникам зарубежных систем. Оценки точности прогнозов для рассматриваемой системы превосходят показатели прогностических технологий, одобренных ЦМКП ранее.

Cпасибо за внимание!