План презентации :

О развитии гидрометеорологических прогнозов для территории стран СНГ

P.M.Вильфанд, Д.Б.КиктёвГидрометцентр России

2-4 октября 2012 г., г. Казань

План презентации:

1. Развитие технологий региональных краткосрочных метеорологических прогнозов в Гидрометцентре России;

2. Развитие технологии глобального среднесрочного прогноза;

3. Развитие технологий глобального и регионального долгосрочного прогнозирования

1. Развитие технологий региональных краткосрочных метеорологических прогнозов на основе системы COSMO в Гидрометцентре России

4

COSMO-RUsib x =14 км 360 * 250 * 40 узлов сетки Шаг сетки: 7 кмШаг по времени: 80 секСрок прогноза: 78 часов

GME: начальные и граничные данные

GME x = 30 км368 642 * 60 узлов сеткиШаг сетки: 30 / 20 кмШаг по времени: 110 секСрок прогноза: 7 сут

COSMO-RU2 x =2.2 км420 * 470 * 50 узлов сеткиШаг сетки: 2.2 кмШаг по времени: 15 секСрок прогноза: 24 часа

COSMO-RU7 x = 7 км700 * 620 * 40 узлов сеткиШаг сетки: 7 кмШаг по времени: 40 секСрок прогноза: 78 часов

Мезомасштабная модель COSMO

Образцы прогностической продукции модели COSMO

Прогноз для г.Минск

2013: Планируемое расширение расчетной области модели COSMO-RU

Модель будет реализована на сетке с шагом 6.6 км с усвоением данных.

Подробности - в презентации Г.С.Ривина на секции №1

2. Развитие технологии глобального среднесрочного прогноза

Глобальные оперативные модели атмосферы для среднесрочного прогноза погоды

• Типичное разрешение: 20-30 км по горизонтали, 60-80 уровней по вертикали

• Передовые центры имеют горизонтальное разрешение ~15 км

• Что имеется в Росгидромете?

Глобальная полулагранжева модель атмосферы ПЛАВ

• Конечно-разностный полулагранжев блок решения уравнений динамики атмосферы собственной разработки + набор параметризаций процессов подсеточного масштаба ALADIN/ALARO.

• Пространственное разрешение оперативной версии модели для среднесрочного прогноза: 0.9˚х0.72˚, 28 уровней по вертикали.

• Новая версия с разрешением 0.18˚х0.225˚, 51 уровнями, включающая перенос гидрометеоров и параметризацию микрофизических процессов. Близятся к завершению работы по настройке этой версии модели.

• Следующая версия (вероятно, 2014) – горизонтальное разрешение 10 км. Имеется достаточный задел для обеспечения масштабируемости на 1500-2000 ядер

• Дальнейшее развитие: негидростатическая версия модели (или новая модель)

Среднеквадратическая ошибка прогноза давления на уровне моря на 3 суток. Период: 1998-2012

Сравнение оперативной (0.9˚х0.72˚, 28 уровней) и новой (0,225˚х0,18˚, 51 уровень) версий модели ПЛАВ

Начальные данные: NCEP 1˚x1˚. Регион: Европа. Период сравнения: июнь 2011 + февраль 2012

Среднеквадратическая ошибка давления на уровне моря как функция заблаговременности прогноза (1 - 10 сут) Период: июнь-август 2012. Регион: Cеверное полушарие.

Вывод: Скорость роста ошибок примерно такая же, как у зарубежных моделей, однако на 1-е сутки прогноза ошибка заметно больше => важно улучшать начальные данные для модели

Система усвоения данных

13

Эффект от усвоения спутниковых радиационных наблюдений.

Cравнение RMSE 24-ч. Для прогнозов на 24 часа с (синяя линия) и без (красная линия) усвоения данных AMSU-A.

(Основной положительный эффект – в стратосфере.)

Система среднесрочного ансамблевого прогнозирования на основе спектральной модели

Карты распределения вероятностей наличия осадков за 6 ч

осадков, превышающих порог 2.5 мм/6 ч

15

13 прогностических реализаций Т85 (разрешение ~ 150 км)+ 1 реализация ПЛАВ с разрешением ~ 70 км+ 1 реализация T169 с разрешением ~ 70 км

13 прогностических реализаций Т85

Интегральная оценка качества ансамблевого прогноза (ROC) для наличия осадков за 6 ч

3. Развитие технологий глобального и регионального долгосрочного прогнозирования

Один из главных результатов 3-й Всемирной климатической конференции (Женева, 31.08-04.09 2009 г.) - учреждение Глобальной рамочной Основы для климатического обслуживания. Рамочная основа должна обеспечить доступ к ориентированным на пользователя климатическим прогнозам и информации для выработки решений и лучшего учета климатических факторов риска.

Построение глобальной системы климатического обслуживания уже началось. В структуре Глобальной системы обработки данных и прогнозирования ВМО появились новые оперативно-климатические институты.

Обозначились тенденции к построению бесшовных технологий, где в определенном смысле стирается граница между прогнозами погоды, прогнозами климатических изменчивости и изменений.

Международная инфраструктура ВМО для выпуска Международная инфраструктура ВМО для выпуска долгосрочных прогнозовдолгосрочных прогнозов

• Центры–производители глобальных прогнозов (ЦПГП)Центры–производители глобальных прогнозов (ЦПГП)

• Региональные климатические центры (РКЦ)Региональные климатические центры (РКЦ) - - осуществляют региональную интерпретацию долгосрочной прогностической продукции различных производителей

• Национальные метеорологические центрыНациональные метеорологические центры

адаптируют прогностическую продукцию РКЦ для своих нужд

12 центров-производителей оперативных сезонных прогнозов в системе ВМО: Beijing, ECMWF, Exeter, Melbourne, Montreal,

Moscow, Seoul, Tokyo, Toulouse, Washington

Пример: прогноз сезонных аномалий T2м на Октябрь-Декабрь 2012 г.

Пример карты согласованности прогнозов различных центров.

Положительные/отрицательные числа показывают количество моделей, прогнозировавших положительные /отрицательные сезонные аномалии температуры в различных регионах

Особенности оперативной версии атмосферной модели ПЛ-АВ для сезонных прогнозов

• Разрешение 1.4º x 1.125º, 28 уровней по вертикали

• Размерность прогностического ансамбля – 20 прогностических реализаций

• Стохастическая параметризация крупномасштабных осадков (Kostrykin, Ezau, Russian Meteorology and Hydrology, 2001).

• Гибридное замыкание для глубокой конвекции (Tolstykh, WGNE Res. Act. 2003)

Совместная модель атмосферы и океана для сезонного прогноза

• Модели атмосферы и океана соединены без коррекции потоков.

• Ансамбль из 10 прогностических реализаций. Возмущаются только начальные данные в атмосфере.

• Реализована на SGI Altix 4700. Расчет на 4 месяца – 4 часа на 8 процессорах. Шаг по времени в модели атмосферы – 36 мин, в модели океана – 72 мин.

• Сравнивались результаты, осредненные за месяцы 2-4, для совместной модели и модели атмосферы с простой моделью волюции ТПО.

• Результаты показывают положительный эффект совместной модели в тропиках, слабый положительный эффект на поле давления на уровня моря во внетропической части северного полушария (будет показано ниже).

(1)воспроизводить гидродинамику океана и характеристики морского льда как при заданном атмосферном воздействии, так и совместно с моделью атмосферы;

(2)применяться для Мирового океана и его отдельных акваторий с использованием различных криволинейных ортогональных систем координат;

(3)работать на параллельных вычислительных системах.

Адекватное воспроизведение характеристик Северного Ледовитого океана:

а) использование систем координат с особыми точками (полюсами) за пределами расчетной области

б) воспроизведение характеристик морского льда

Модель океана может:

INMOM - океанская компонента совместной модели атмосферы и океана

Вертикальное распределение среднегодовой зональной скорости течения в экваториальной части Тихого океана

По результатам расчетов по INMOM (1°x0.5°x40)

По данным системы усвоения SODA [Carton et al 2000]

Реалистично воспроизведено экваториальное противотечение

Средняя климатическая сплоченность морского льда в северном полушарии по данным моделирования и наблюдений

March September

Результаты моделирования

Данные AMIP [Hurrel et al 2008]

Ошибки ретроспективных сезонных прогнозов Гидрометцентра России по атмосферной модели ПЛАВ (Атм) и по совместной модели (CM) за период

1989-2010 гг., осредненные по всем сезонам (Представлены ошибки для «полных» полей и аномалий)

Атм. RMSE

для «полных»значений

CM RMSE

для «полных»значений

Атм.ANOM CORR

СМANOMCORR

Атм. RMSE

для аномалий

CM RMSE

для аномалий

Н50020-90 NТропики90-20 SP020-90 NТропики90-20 S

T2m20-90 N Тропики90-20 S

41.214.639.1

3.231.485.34

2.231.262.41

40.512.140.3

3.061.505.39

2.591.472.79

0.0560.0400.126

0.0600.3190.131

0.1020.3010.140

0.0420.0300.123

0.0690.4300.128

0.0850.3280.095

27.66.3

27.6

2.110.682.62

1.370.601.26

27.45.7

27.4

2.050.572.61

1.400.531.28

Спасибо за внимание

Первоначальное решение о создании СЕАКЦ было принято на 18-й Сессии МСГ Содружества независимых государств (4-5 апреля 2007 г., Душанбе). Цель создания Центра - климатическое обслуживания стран СНГ.  19-я сессия МСГ (16-17 октября 2007 г., Обнинск) утвердила Положение о центре. На 20-й сессии МСГ (8-9 октября 2008 г., Кишинев) был утверждены органы управления Центром. Практическая деятельность Центра началась в 2009 г.

Североевразийский климатический центр (СЕАКЦ)http://seakc.meteoinfo.ru

Образцы оперативной продукции СЕАКЦ

Композитные карты прогностических вероятностей сезонных аномалий температурыпо моделям Гидрометцентра России и ГГО

Прогностический сезонный обзор аномалий температуры и осадков по данным моделей Гидрометцентра России и ГГО

• В настоящее время технология совместных прогнозов на скользящий месяц проходит оперативные испытания.

Оценки прогнозов температуры воздуха на скользящий месяц по 70 станциям СНГ по оперативной и новой моделям ГГО (еженедельные прогнозы за 2011г.)

Период RMSE, С AC Q

прогноза T42L14 T63L25 Клим. T42L14 T63L25 T42L14 T63L25 T42L14 T63L25 Клим.

1 неделя 2.14 1.97 3.67 0.75 0.79 0.61 0.65 0.46 0.43 1.34

2 неделя 3.09 3.04 3.65 0.39 0.37 0.37 0.37 0.95 0.95 1.34

3 неделя 3.28 3.25 3.60 0.29 0.30 0.29 0.33 1.06 1.06 1.34

4 неделя 3.41 3.34 3.58 0.16 0.22 0.27 0.28 1.17 1.15 1.34

Месяц 1.94 1.84 2.61 0.52 0.58 0.53 0.56 0.87 0.81 1.70

Перспективная прогностическая продукция СЕАКЦ – совместные еженедельные прогнозы на скользящий месяц с

понедельной детализацией по моделям Гидрометцентра России и ГГО

29

Образцы продукции СЕАКЦ (2): Данные декадного мониторинга засухДанные декадного мониторинга засух

Сравнение с прогнозами других центровСЕАКЦ Мультимодельные прогностические центры

одинаковые градации противоположные градации

Приземная температура воздуха - теплее обычного- Западная Европа EuroSIP(юг), IRI, LC

MMELRF(юг)

- Европейская Россия EuroSIP(юг), IRI, LC MMELRF(кроме северо-запада)

- Закавказье, Турция, Израиль APCC, IRI, LC MMELRF - Средняя Азия и Казахстан (кроме северо-запада)

APCC, IRI, LC MMELRF(север)

- Монголия APCC, IRI(юг и запад), LC MMELRF(запад)

Приземная температура воздуха - холоднее обычного- север Восточной Сибири EuroSIP, IRI, LC MMELRF- Дальний Восток (северо-восток) IRI (крайний северо-

восток)APCC , EuroSIP, LC MMELRF

Осадки - дефицит - Забайкалье EuroSIP(юг), LC MMELRF- Монголия LC MMELRF (запад) EuroSIP(восток)

Осадки - избыточное увлажнение- Зарубежная Европа (кроме Скандинавии)

APCC (страны Балтии и Белоруссия), LC MMELRF

- Дальний Восток EuroSIP (север) , IRI (восток Якутии и север Хабаровского края) , LC MMELRF

Образцы оперативной продукции СЕАКЦ (3)

Пример таблицы согласованности прогнозов сезонных аномалий температуры и осадков по данным различных прогностических центров

Спасибо за внимание !