Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Исследование диагностических и прогностических возможностей информации автоматизированных МРЛ

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Исследование диагностических и прогностических возможностей информации автоматизированных МРЛ"

-у 9 ;

КОМИТЕТ ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И МОНИТОРИНГУ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ МИНИСТЕРСТВА ЭКОЛОГИИ И 11РИГОДНЫХ РЕСУРСОВ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГЛАВНАЯ ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ им. А. Й. ВоеШсовп

на правах рукописи

Бочарников Николай Владимирович

>■ Г ! .

>

УДК 661, 601. 81+661. 609. зг

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИАГНОСТ ЮШСККХ И ПРОГНОСТИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ИНФОРМАЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ МРЛ

11.00.09 - метеорология, климатология, агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

СА1ШГ ПЕТЕРБУРГ • 1992

'/

/ /Л'"' /<//•

ГаОота ьиполн«ни в Главной геофиаичеокой обсервитории им. А, И. Воейкоьа.

Научный руководитель; кандидат фивико-математичреких наук старший научный сотрудник Крылов Г. Б.

официальные оппоненты: доктор фииико-математических наук, ироф№иор Щупяцкий д. ь. кандидат фииико-математических мнук, стирший научный сотрудник Довгалюк Ю.С.

Пидущдя организация: Гиееийский государственный

ГИДрОМвТООрОЛОГИЧЙСКИЙ институт

Иищита состоится 1902 г. в часов

»а иаседании опециализирооанного Совета ДО24. 06, 01 Главной

геофиоичеокой оОсериитории им. А. И. Воейкова; 194018, г, 0.-Петербург,,ул. КарОишзви, дои 7.

С диосертадией можно »'знакомиться в библиотеке Главной геофивнчеокой обсерватории им. А. И. Воейкова.

Льтороферм раьоелан "

/Л с>?

_19Й2 г.

Учоиый секретарь Сне инициированного Совята, 1л ^ доктор географических наук уЫХ'Й^ II. В. Кобшевп

! 5 Я

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы.

В настоящее время на сети Комитета по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среди Министерства экологии и природных ресурсов Российской Федерации работает более' 60 метеорологических радиолокаторов.

Одной из актуальных задач научно-методического обеспечения такой сети является повышение эффективности повышения информации метеорологических радиолокационных станций (МРЛ) при максимальном удовлетворении требований потребителей и ее составу и качеству получаемой с помощью радиолокаторов информации. ■

Развитие электронно-вычислительной техники за последние десятилетия, расширение ее возможностей, увеличение быстродействия, объема памяти и качества дисплейной техники произвели подлинную революцию о радиолокационной метеорологии. В настоящее время экономически оправданным является получение ■ информации метеорологических радиолокаторов в численном виде по-малым элементам пространства обзора и с малым временем , обновления данных, что позволяет в свою очередь использовать их в оОъектипном краткосрочном прогнозе погодных условий. Новые методы краткосрочного прогнозирования, которые сейчас известны, как ""АУКАСТИНГ", вывели радиолокационную метеорологию по оценке ВМО в число научных направлений,, определяющих развитие метеорологии в настоящее время.

Характерной чертой^ методов текущего прогноза с использованием информации средств дистанционного зондирования является обязательный учет местных особенностей района в радиусе с^зора МРЛ В силу этого для каждого мезорайона необходимо разрабатывать специальный метод такого прогноза

Для создания технических средств системы текущего прогноза полодания Г'ок активной конвекции необходимо разработать научно-методическое и алгоритмическое-обеспечение автоматизированных метеорологических комплексов (АМРК) для их надежной работы при использовании ЭВЬ».

11ель работы. Исследование диагностических и прогностических возможностей информации автоматизированных МРЛ с целью разработки научно-методического и алгоритмического обеспечения нрогно<>тйч<.1Ч'их ;-н;гг1 для автоматизированной системы радиоле-

кациоиного штормового предупреждения.

v>3«oiiiJtJo_ аадачи исследования.

1. разработка метода сверхкраткосрочного (до 6 часов) прогноза гроз для задач .текущего прогнозирования зон активной конвекции.

Й. Разработка научно-методического и алгоритмического обеспечения ароматизированной системы радиолокационного штормового оповещения.

3. разработка метода диагноза шквала по данным МРЛ для расширении информационных возможностей метеорологических радиолокаторов.

4, ViXj работка метода текущего прогноза положения вон активной конвекции для автоматизированной системы радиолокационного штормового предупреждения.

Научная новизна.

1. Разработан новый метод диагноза скорости шквала по данным метеорологического радиолокатора.

2. Разработан новый метод сверхкраткосрочного (до 6-часов) прогноза гроа для задач текущего прогнозирования soir активной конвекции.

3. Разработан новый метод текущего прогноза положения вон активной конвекции для автоматизированной системы радиолокационного штормового предупреждения.

Практическая ценность.

1. Разработанное научно-методическое и алгоритмическое обеспечение реалиаованно в виде мобильного программного обеспечения АМРК. Программное обеспечение прошло все виды испытаний и внедрено в оперативную работу в составе АМРК МЕТЕОЯЧЕЙКА в а/п Пулково г. Санкт-Петербурга

2. Разработанный метод диагноза шквала по данным МРЛ утвержден ЦМК Госкомгидромета ( решение от 30 марта 1988 г. ) издан и внедрен в 13 УГМ для оперативной работы на сети МРЛ и включен в состав методического и программного обеспечения АМРК МЕТЕОЯЧЕЙКА в а/п Пулково.

• 3. Разработанный метод сверхкраткосрочного (до 6 часоЕ) прогноза гроз для задачи текущего прогноза положения зон активной конвекции внедрен в рамках научно-исследовательских ра-йот заказчиков других ведомств.

На защиту, выносятся:

- Метод сверхкраткосрочного (до 6 часов) прогноив гроа для задач текущего прогнозирования зон активной конвекции,

- Мгтод текущего прогноза положения зон активной коллекции.

- Метод диагноза шквала по данным МРЛ;

- Научно-методическое и алгоритмическое обеспечение прогностических задач в АМРК МЕТЕОЯЧЕША;

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:

~ на Всесоюзной конференции по применению статистических методов в метеорологии (Казань, 1985);

- на Всесоюзной конференции по активным воздействиям на гидрометеорологические процессы (Киев, 1987);

- на б и 6-ой Всесоюзной научно-практической конференции по безопасности полетов в гражданской авиации (Ленинград, 1988,1991);

- на 8 и 9 Ленинградских симпозиумах "Радиолокационное исследование природных сред" (Ленинград, 1990, 1991);

- на 3-ей Всесоюзной конференции по авиационной метеорологии (Суадаль, 1990);

- на 25 международной конференции по радиолокационной метеорологии (Париж, 1991).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 9 печатных работах и одной монографии, а так,те в тезисах 5 докладов, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Работа изложена на 126 страницах, включая 25 рисунков и 1Э таблиц. Список литературы содержит 130 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ"

Во введении обосновывается актуяльность темы, сформулированы цели и задачи работы, приводятся основные положения работы, выносимые на аашиту и кратко излагается содержание по гла вам. •

В первой главе дан анализ принципов и средств автоматизации метеорологических радиолокационных наблюдений и алгоритмов

обнаружения и распознавания опасных явлений погоды при использовании метеорологических радиолокаторов.

Быстрое развитие вычислительной техники ( за последние 25 лет производительность аппаратуры возросла более чем в миллион раз ) создало к началу 80-х годов условия _ для автоматизации метеорологических радиолокационных наблюдений. Появление таких классов ЭВМ как персональные компьютеры ( ПЭВМ ) и рабочие станции, отличающихся небольшими размерами, простотой эксплуатации, высокой надежностью и относительно низкой стоимостью ( несколько процентов от стоимости радиолокатора ) позволило приступить к работам по срзданию автоматизированных метеорологических радиолокационных комплексов (АМРК). Наличие развитых средств связи дало возможность одновременно с разработкой и внедрением АМРК в оперативную работу создавать центры сбора и объединения радиолокационной информации сначала в рамках отдельных стран (проект сети МРЛ Великобритании, проект АРАМ!5 (Франция) , а затем и в масштабе больших регионов ( проект европейской сети С05Т-72 ). Резкое повышение информативности данных АМРК по сравнению с данными обычных МРЛ, связанное с увеличением пространственного разрешения (размер ячеек представления от 2x2 до 5x5 кв. км), уменьшением периода обновления информации до 10-15 тн, появлением новых видов информации ( таких, как суммарное количество осадков на больших площадях ) и поЬышение' достоверности получения стандартных видов в сочетании с удобной и наглядной формой представления информации на цветных, графических экранах позволило использовать АЫРК как основной инструмент при прогнозе с заблаговремен-ностью до 5-х часов в сложных ситуациях, . связанных с облачностью и осадками. -

Существующие критерии распознавания опасных явлений погоды для некогерентных МРЛ позволяют надежно выделять такие явления как зоны обложных и ливневых осадков, грозы, град. Вместе с тем, отсутствуют надежные критерии Для распознавания таких опасных явлений (сак шквал и смерч.

Во второй главе приводится описание сверхкраткосрочного (до б-часов) метода прогноза гроз как составной части текущего прогноза зон активной конвекции для автоматизированной .системы радиолокационного штормового предупреждения.

Облака вертикального развития являются средством для пе-

реброски анергии от земной поверхности в среднюю и верхнюю тропосферу. Возникающие при этом явления могут рассматриваться как следствие достижения облаком определенного уровня развития. Возникнув, явления начинают оказывать влияние на развитие облака. Так, например, высота верхней границы кучево-дождевого облака, при которой прекращается грозовая деятельность, гораздо меньше, чем высота, при которой она начинается. Но для' задачи прогноза важно, что существует узловая точка в развитии облака, с которой связано возникновение явления. При этом стратификация атмосферы и условия циркуляции в мезорайоне определяют развитие облака, а возникновение явления определяется значениями параметров облачных величин. Таким образом, естественным путем составления прогноза будет прогноз развития облака на основе данных о стратификации атмосферы и состоянии подоблачного слоя, а затем прогноз связанных с ним явлений' на основе значений параметров облачных величин ( концепция MOS ). Хараотеристики облака являются результатом совместного действия вдех влияющих на ' развитие конвекции факторов в их конкретном сочетании. Поэтому использование модели облака для комплексного учета влияния внешних Факторов на формирование облачных характеристик и применение последних в качестве предикторов в схемах распознавания явлений должно' повышать качество прогнозов явлений. При этом развитие метода будет ограничиваться возможностями ЭВМ и совершенствование технических средств позволит совершенствовать и методы прогноза.

Прогнозировать с заблаговреценностью до 6-х часов можно развитие только тех объектов, характерное время жизни которых не меньше этого срока Применительно к нашей задаче такими объектами являются облачные поля или поля радиоэха конвективных облаков (РКО). Следовательно, результатом прогноза может являтся оценка максимальной высоты верхней границы поля конвективной облачности и вероятность существования гроз в соответствующий срок.

Таким образом, для решения задачи определения тенденции развития поля конвективной облачности и возникновения гроз, града и шквала в рамках автоматизированной системы радиолокационного штормиредулреждения необходимо разработать метод прогноза кучево-доадевой облачности л связанных с ней явлений по фактическим данным на основе использования модели конвек-

тишюго облака. Метод должен являться развитием существующих методов прогноза эа счет более полного учета физических закономерностей, лежащих в основе развития конвективной облачности и увеличения количества предикторов на числа облачных величин для схемы распознавания ОШ. Его программная реализация должна соответствовать возможностям ЭВМ и временным ограничениям автоматизированной системы.

Это ставит аадачу выбора быстрой по времени счета и сравнительно небольшой по обЪему занимаемой памяти модели, которая учитывает основные физические процессы, определяющие развитие оолака. Шла выбрана стационарная одномерная осесимметричная модель конвективного облака с учетом вовлечения С1, 2, 3, 8, Ш.

Модель представляет собой систему линейных дифференциальных уравнений первого порядка для расчета профилей вертикальной скорости, температуры, давления, радиуса, удельного вла-госодержаиин и водности потока, в которой учитываются физические процессы фазовых переходов води, охлаждения воздуха при понижении давления, его подъема под действием силы плавучести, вовлечения в поток окружакхцэго Еоздуха, торможения потока частицами гидрометеоров.

Модель является развитием адиабатической модели конвективного облака, которая нашла широкое применение в оперативной прогностической работе под названием "метод частицы", за счет дополнительного" учета вовлечения окружающего воздуха и торможения потока весом гидрометеоров.

Граничными условиями для системы уравнений являются данные радиозондирования атмосферы или прогностические профили температуры и влажности и значения вертикальной скорости, температуры и радиуса потока на уровне конденсации. Расчет параметров струи ведется от уровня конденсации до уровня, где вертикальная скорость становится меньше 0. 5 м/с.

Для решения системы уравнений используется стандартный метод Рунге-Кутта четвертого порядка точности с постоянным шагом интегрирования.

Большое число независимых параметров модели и вариантов начальных условий, влияющих на характеристики прогностического облака - радиус потока( ВО), вертикальная скорость ( У0), превышение температуры потока над температурой окружающего возду-

ха ( DTO), константа вовлечения (С) - существенно затрудняет использование модели в оперативной работе, так как раиние сочетания этих параметров могут давать близкие характеристики модельного облака. Поэтому требовалось провести предварительную настройку модели с целью выбора одного параметра как опре-. делящего развитие облака и присвоить остальным параметрам постоянные значения, позволяющие моделировать весь диапазон характеристик Св при изменении основного параметра. На следующем этапе настройки модели ставилась задача оценить возможность адаптивного .выбора начального значения основного параметра по известным характеристикам поля радиоэха в- срок составления прогноза и решался вопрос выбора базового значения основного параметра.

Высота верхней границы облака является единственной для данной модели расчетной величиной, которую можно непосредственно измерить с помощью МРЛ. Поэтому начальные условия и значения параметров выбирались путем сравнения модель-ной(Н) и максимальной (Hm) измеренной высотой облака.

Для предварительной настройки модели были отобраны 7 дней с внутримассовой синопт'йчёской ситуацией из летних сезонов 1979-81 гг. ,для которых имелась полная аэрологическая и радиолокационная информации'.- Использовались аэрологические данные, полученные в п. Воейкого. Радиолокационные данные были получены 'хам же на автоматизированном МРЛ. По данным МРЛ о поле верхних границ конвективных облаков в радиусе 150 км в течение дня выбиралась максимальная высота облаков Hm, Расчеты проводились по данным дневного радиозонда, как ближайшего к сроку максимального развития конвекции. По результатам настройки модели значения начальных условий, при которых достигается хороший диагноз Н (погрешность расчетов не превышает ошибки измерений), составляют: С=0.2, RO-4000-6000 м, ÜTOO. 5-1.0 град, Ш=2-5 м/с. В качестве основного параметра было выбрано значение радиуса модельного облака на уровне конденсации - R0, Для остальных величин заданы значения: С=0. 2, DT0-1. О град, V0-3 м/с.

Использование метода прогноза гроз" в оперативном .режиме работы комплекса позволяет применять текущие характеристики поля радиоэха в качестве входных параметров метода. Ключевым вопросом является поиск связи между характеристиками радиоэха

в срок составления прогноза и начальным радиусом модельного облака (ИЭ), который был выбран в качестве основного параметра модели. Известно, что для конвективных зО.лаков существует определенная связь между мощностью облака и его диаметром. При этом отнесение мощности облака к его диаметру изменяется от .0.6 для Си до 4-5 для Св. Поэтому в качестве характеристики поля радиоэха была выбрана максимальная высота верхней границы ноля радиоэха (Нт).-Цри этом Нт выбирается по всему полю в радиусе 150 км от МРЛ, т.к. заблаговременность прогноза (3 часа) прешшает среднее время ливни отдельного Св. Уравнение регрессии имеет вид: Ю - 0. 4&Нт ЬЭ, где Ш и Нт в метрах. Коэффициент корреляции равен 0.62, стандартное отклонение 144? м.

Представляет'интерес расчет повторяемости II для оценки возможности использования 130=4000 м в качестве основного _ для задачи прогноза гроз по данным наблюдений в Северо-Западном регионе. >

Для оценки качества восстановления повторяемости Н была выполнена серия расчетов Н по аэрологическим данным станций Ленинград. Таллинн я Петрозаводск за.летние месяцы 1981-1382 гг (число сроков радиозондирования - 880 случаев).

По результатам сопоставления правильно определено положение максимума повторяемости И в градации 6-7 км и уменьшение повторяемости к крайним градациям выборки. Среднее значение высоты по данным МРЛ составило 8. 9 км, по данным расчетов 8. 7 км.

Таким образом, значение КО=ЦООО м молит быть использовано в-качестве базового в сверхкраткосрочном методе прогноза гроз.

Дли настройки схемы распознавания гроз была сформирована выборка внутримассових ' ситуаций, для вторых имелась полная аэрологическая и'радиолокационная информация. Оценка.информативности предикторов конвективных облаков производилась с использованием процедуры типа динамического программирования, минимизирующей модифицированный 'функционал А. А. Дорофеюка .

Минимизация функционала обеспечивает выбор предикторов для которых среднее расстояние между классами грозовых и ливневых конвективных облаков больше, чем внутри этих классов. Наибольшая вероятность правильного прогноза на обучающая выборке составила 0,93.

Прогноз гроз и максимальной высоты верхней границы юля

конвективных облаков выполняется по следующему- алгоритму:

1) По данным радиозондирования и прогару приземных значений температуры и температуры точки рога строятся прогностическая стратификация па срок прогноза.

Я) По данным о максимальной высоте дерзкие/) границы радиоэха Св в срок составления прогноза с использованием соответствующего уравнения рогресии определяется значение радиуса облака на уровне конденсации. При невозможности такого определения расчетов используется базовое значение радиуса.

3) По модели конвективного облака с заданными граничными условиями рассчитывается максимальная висота верхней границы Св .

4). По расчетным значениям предикторов определяется возможность образования гроз.

Авторская проверка метода производилась' по материалам наблюдений в июле - августе 1904 г. В выборку вошли все 24 дня, для которых имелась радиолокационная, аэрологически информация и данные метеостанций. Оправдываемость метода прогноза гроь составила 87% что вполне соответствует оправдываемости лучших расчетных методов, используемых на сети Роскомгидромета (82-84%).

В третьей главе приводится описание метода текущего прогноза зон активной конвекции для автоматизированной системы радиолокационного штормового предупреждения.

Информашоннне возможности автоматизированных МРЛ в сочетании с другими видами информации вывели на уровень практического решения задачу текущего прогноза зон осадков с забла-говременностью до б часов и мониторинга опасных явлений погоды, включая прогноз их возникновения и развития с текущей заб-лаговременностью до 2-х часов. Это означает, что в любой момент времени пользователь, 6 первую о'-эредь синоптик, должен иметь фактическую погоду и прогноз ОЯП и осадков по району ответственности с дискретностью по пространству порядка 4x4 км и дискретностью по времени порядка 10 мин. Пути и методы решения этой задачи очень сильно зависят от конкретного 'набора технических средств измерений, передачи и обработки данных, которым располагает метеослужба.

Основой сверхкрзткосрочного (до 2-х часов) прогноза вероятности образования конвективных штормов (грозы,град,шквал и

смерч), является комплексный анализ данных автоматизированного метеорсиюгичиского радиолокатора, метеорологических и аэрологических станций и радиолокационной климатологической повторяемости штормов в квадратах 16x16 кь. км.

Бее синоптические ситуации разделены на два основных типа, для каждого из которых рааработака своя схема прогноза. К первому типу относится облачные системы основных и вторичных атмосферных Фронтон, смещающихся со скоростью более 25 км/ч, ко второму - все внутримассовые ситуации, размытые и стационарные Фронты. Результатом нрогноза является карта ; приятности появления конвективных штормов. Вероятность определяется по 4-м градациям ('257,25-50%,51-75%,>75%) для каждого квадрата 16x16 кв. км. Схема прогноза строится,на определении базовой вероятности в КЕадрате, которая корректируется по результатам анализа других видов информации,не используемых при определении оазовой. Коррекций заключается в изменении вероятности на одну градацию (или сохранении существующей) по результатам анализа каждого вида информации. Для фронтального типа процесса базовая вероятность определяется по результатам инерционного прогноза положения поля радиоэха облаков и осадков в соответствии с расчетной скоростью и направлением переноса и заданной эаблагоьременностыо прогноза, которая не должна превышать время жизни облачной системы.

Для корректировки прогноза привлекается результаты анализа тенденции развития поля радиоэха, условий в подоблачном слое, радиолокационной климатической повторяемости штормов. Л-пн внутримассовых условий базовая вероятность определяется по климатической повторяемости и корректируется по радиолокационным данным, прогнозу развития поля радиоэха и условиям в подоблачном слое.

Распознавание явлений по радиопокационным данным выполняется в квадратах 4x4 кв, км по 7 значениям профиля отражаемости :1 высоте верхней границы радиоэха. Расчет переноса выполняется но алгоритму совмещения площадей двух последовательных радиолокационных обзоров.

Определение условий в подоблачном слое выполняется для. квадратов 16x16 кв. км путем анализа полей статической энергии, плотности и лапласиана давления [у, 103.

Радиолокационная климатическая повторяемость сильных

штормо!} получена по материалам 5 лет регулярных наблюдений для квадратов 4x4 кв. км.

Прогноз тенденции развития поля радиоэха облаков и осадков выполняется по аэрологическим данным с использованием одномерной стационарной модели конвективного облака.

Оправдываемость сверхкраткосрочного прогноза появления конвективных штормов с явлениями с оаблаговременностмо 30-120 мин в квадратах 16x16 кв. км. по результатам испытаний в ию не-июле 1980 г. составила 62Х для внутри!мосовых ситуаций и 85% для фронтальных.

Изложенный подход позволяет наилучшим образом учесть ме-зомасштабные особенности развития конвекции в районе п. Петербурга (квадрат 800x200 кв. км с центром в С. Петербурге), которые определяются наличием разделов вода-суша (Финский залив и Ладожское озеро), гряд возвышенностей и оччгоеым характером городской и промышленной застройки в продрлах района.

В четвертой главе приводится описание метода диагноза шквала по данным метеорологического радиолокатора.

Из большого количества различных факторов, влияющих на возникновение шквала, МРЛ позволяет измерять следующие: высоту радиоэхо СЮ, скорость его переноса( и ), отражаемость на уровне формирования осадков( ).

Для повышения точности диагноза такого относительно редкого явления как шквал потребовалось привлечь данные сети МРЛ о целью увеличения объема обучающей выборки. Обучающая выборка была сформирована по результатам наблюдений за шквалами на станциях 23 УГМ в летних сезонах 1985-1987 гг. Так как выборка включала в основном дни со шквалами, то ставилась задача диагноза скорости шквала ло данным МРЛ при наличии условий для образования шквала по району. Объем выборки составил 487 случаев шквалов со скоростью порывов (V) более 15 м/с, высотой радиоэха более 7 км, отражаемостью на третьем уровне - 23 более 2. 2. Число случаев с V больше 20 м/с - 174, с V больше 25 м'с - 06, с V больше 30 м/с - 13. •

Уравнения регресии для определения скорости шквала по значениям характеристик соответствующего радиоэха строились отдельно для каждой из градаций высот 7-8,9.10,11-12,13-17 км ло всей выборке шквалов о V больше 15 м/с и для высот верхней границы радиоэха 10 17 км по выборке сильных шквалов с V Соль-

ше 25 М/С. Использовалось уравнение регрессии типа: У-А0+А1*и+А2*1е23, где V- скорость шквала в м/с, и- скорость смещения радиоэха в км/ч. Значения А 1,1=0,..,2, коэффициент множественной регресии й, число случаев N для каждого интервала высот радиоэхо Н приведены в нижеследующей таблице.

п/п 1 Н, км 1

АО

» А1 I А2 I

I? I

N I V

1 7-8 10.6 0.12 0. 75 0.24 69 15-4С

2 9 17. Б 0.02 -0.2 0.05 42 15-4С

3 10 ' 13.9 • 0.16 -0.3 0.56 86 15-4С

4 11-12 17.7 0.07 -0.2 0. 23 100 15-4С

5 13-17 .15.7 0. 22 -1.2 0.60 96 15-4С

б 10-17 . 26.6 0.08 -1.05 0. 46 64- 25-4(

По результатам использования методических указаний на сети МРЛ 17 УГИ в летних сезонах 1988-91 гг. оправдываемость диагноза скоррсти шквала при условии правильного прогноза факт; явления - "без шквала",шквал","сильный шквал"-составила 92%. Общг - число шквалов 535. Диагноз скорости считался оправдавшимся , если' отклонение максимальной скорости порывов ветра п< данным метеостанций от скорости шквала по данным ЫРЛ не превышало 5 м/с.

Таким образом,при правильном прогнозе факта шквала по рз йону или в зоне фронта на основании учета всех основных факто ров, влияющих на возникновение этого-явления, данные МРЛ поз воляют детализировать штормовое предупреждеяие по,месту и вре мени путем диагноза скорости шквала, связанного с конкретно, зоной радиоэха и' определения направления и скорости' его пере моцения.

Предложенный метод является в настоящее.время единствен ньш применяемым на сетч методом диагноза шквала по данным МР и без изменений вошел в состав методического и программное обеспечения АЫРК МЕТЕОЯЧЕЙКА. .

В пятой главе приводится описание научно-методического алгоритмического обеспечения автоматизированного метеорологи чес кого радиолокационного комплекса МЕТЕОЯЧЕЙКА.

Автоматизированный метеорологический радиолокационкы

комплекс МЕТЕОЯЧЕЙКА предназначен для обнаружения зон облачности и опасных явлений погоды в радиусе 255 км от места установки МРЛ с минимальным периодом обновления информации 10 минут для ячеек представления 4x4 кв км. Комплекс разрабатывался с учетом специфики размещения МРЛ на территории аэропортов и, в связи с этим, имеет дистанционное управление радиолокатором, повышенную надежность программного обеспечения связи и очень простой и наглядный интерфейс с оператором. По результатам эпытной эксплуатации оправдываемость диагноза гроз составила ЭЗ. 6%, ошибка определения направления перемещения поля радиоэха не превышает 30 градусов, ошибка определения скорости перемещения не превышает Б км/ч.

Большая изменчивость явлений, связанны* с кучево-дождевой облачностью накладывает принципиальные ограничения на заблаговременность текущего прогноза при использовании только радиолокационных данных. В этом случае прогноз имеет чисто инерционный характер и его заблаговременность не может превышать зремени жизни данного явления.- Вместе с тем инерционный прог-■юа представляет практический интерес при прогнозировании фронтальных- зон осадков и зон активной конвекции, так как в этом случае его заблаговременность может достигать 180 минут, 1 в отдельных случаях 6 часоэ.

Инерционный прогноз положения вон активной конвекции и эсадков входит в состав программного обеспечения абонентских 1унктов синоптика, синоптика-консультанта и руководителя полетов, которое выполнено в виде оболочки операционных систем С-DOS версии 3.30 для ПЭВМ типа IBM PC/AT и RT-11M версии 5.04 для ПЭВМ ДВК-4С и позволяет выполнять следующие функции:

- обработка данных наблюдений, которая включает распаков-су входных данных, построение контуров опасных явлений погоды, армирование штормового оповещения об очагах ОЯП, ведение ар-гива данных, расчет прогностического положения поля радиоэха;

- вывод на экран и печать- карт отражаемости на любом из 7 'ровней, карты высоты верхней границы поля радиоэха, карты :онтуров опасных явлений, карты скорости шквалов, карты мете-»явлений, карты интенсивности осадков, вертикального сечения ю произвольному азимуту, карты прогностического положения по-1Я радиоэха с любой заблаговременностью, таблицы прогноза вы-:6да зон осадков и зон активной конвенции к конкретным пунктам

i-i

района ответственности, .карты видимости в осадках, таблицы штормового оповещений.

Специализированное программное обеспечение для инерционного прогноза позволяет в интерактивном режиме получать на экране ПЭВМ карты прогностического положения поля радиоэха и таблицу времени выхода к заданным пунктам района зон осадков и опасных явлений погоды. Скорость и направление перемещения поля радиоаха устанавливаются по умолчанию по радиолокационным данным. Синоптик имеет возможность просто и удобно изменить эти значения и задать требуемую заблаговременность прогноза.

Определение прогностического положения поля радиоэха производится путем смещения каждой ячейки поля в новое положение, которое определяется по заданным значениям заблаговременности ирог ноаа, направления и скорости перемещения поля. После расчета нового положения поля радиоэха результат выводится на экран в виде карты метеоявлений с соответствующими информационными надписями.

Определение времени выхода вон осадков и зон активной конвекции к конкдетным пунктам района ответственности производится в соответствии с заданными значениями направления и скорости перемещения поля. От пункта, для которого выполняется расчет, против потока строится траектория переноса с максимальной эаблаговременностью 90 мин. В тех случаях, когда по траектории переноса отмечаются зоны осадков или опасных явлений погоды определяется удаление передней границы зоны от пункта прогноза и рассчитывается время прихода зоны к пункту. Геьультатн расчетов оформляются в виде таблицы и выводятся на экран в удобном для восприятия виде. Список пунктов с их координатами хранится в отдельном текстовом фаиле и может быть, при необходимости легко изменен.

В заключении сформулированы оснсбные результаты работы: -,

1. Разработано научно-методическое и • алгоритмическое обеспечение, реализованное в виде .мобильного программного обеспечения АМРК МЕТЕОЯЧЕЙКА для обеспечения ' надежной работы комплекса при использовании ЭВМ как линии ДВК-4, . так и линии JBM Р0. Программное обеспечение прошло все,'виды, испытаний и внедрено в оперативную' работу в составе АМРК ШТЕСШЕЙКА в а/п Пулково.

2. Разработан метод диагноза шквала но данным МР.П. М^тод утвержден ЦМК Госкомгндромета ( решение от 30 марта г. ) и внедрен в 13 УГМ для оперативной работы на сети МРЛ и вклы-мен в состав методического и программного обеспечения ЛМРК МЕТЕОЯЧЕЙКА .

3. Разработан метод сверккрагкосрочного (до б часов) прогноза гроз для задачи текущего прогноза положения зон активной конвекции. Метод внедрен в рамках прикладных работ.

4. Разработан метод текущего прогноза положения рои активной конвекции для района Санкт-Петербурга на основе реально существующих наблюдательных сетей для задач метеообеспечения авиации.

Основные результаты изложены в следующих публикациях.

1. Бочарников ЕВ. Использование струйной модели конвективного облака в оперативной работе системы радиолокационного штормоповещения. - В кн. : Радиолокационная метеорология. - Л : Гидрометеоиадат, 1982, с. 35-33.

2. Бочарников Е В. Начальные условия для оперативной мо-цели конвективного облака.- В кн.: Радиолокационная метеорология.- Л: Гидрометеоиадат, 1984, с. БО-бЗ.

3. Бочарников Н. В.. Бочарникова А. Г., Иванова Т. В. Динамика вертикальных профилей радиоэха конвективных облаков. Труды [ТО, 1985, вып. 490, с. 35-38.

4. Бочарников Н. В. .Солонин A.C. Информативность предшсто-юв в одной схеме прогноза развития конвекции на день. В сн. : Влияние внешней среды на безопасность полетов. JL : ОЛА-ПА, 1985, с. 59-62.

5. Бочарников IL В. , Брылев Г. Б. , Иванова Т. В. , Солонин А. С. <етод прогноза гроз с использованием модели конвективного об-така и радиолокационной метеорологической информации. В кн. : 'адиолокационная метеорология. Л. : Гидрометеоиа-1ат,1987,с. 32-37.

6. Методические указания по определению шквалов с исполь-юванием данных МРЛ. -Л. : ГГО, 1988, 23 с.

7. Бочарников H. Е , Брылев Г. Б, , Ватиашвили М. Р. Диагноз кпалов по данным МРЛ - В кн. : Радиолокационная метеороло-•ия. - Л.: Гидрометеоичдат. 1989, с. 64-67.

а. Бочарников !L В. Метод прогноза кучево-дождевой облачности и связанных с ней явлений. В кн.: Аннотированный перечеш новых поступлений в (ЛАП Госкомгидромета,1989,вып. 1,с. 20. ■

9. Принципы построения автоматизированных систем метеорологического обеспечения авиации. Под редакцией Г. Г. Щукина. JL , Гидрометеоиадат. 1991. П. 7.0. Гл. 9.

10. Бочарников IIВ .Иванова Т. Е , Солонин А.С. Об одно: фиэико-статистическом методе классификации опасных явлений погоды. - Тезисы докладов V Всесоюзного совещания по применена статистических методов в метеорологии. Казань, 1965, с.11.

11. Бочарников Н. В. , Брылев Г. Б. , Солонин А. С. Использование интерактивной одномерной модели облака для прогноза гро; в оперативном режиме работы автоматизированных метеорологических радиолокаторов. Тезисы докладов Всесоюзной конференции по активным воздействиям на гидрометеорологические процессы. Обнинск, 1987, с. 80.

12. Бочарников И. Е , Брылев Г. Б. , Солонин .А. С. Численны! метод прогноза гроз для авиации. - Тезисы докладов V Всесоюзно! научно-практической конференции по безопасности полетов'. JL ¡ ОЛАГА,1988, с. 12:

13. Бочарников И В. , Брылев Л. В. , Солонин А. С. Численны! метод прогноза гроз для автоматизированной системы радиолокационного штормопредупреедения. - Тезисы докладов 3 Всесоюзно! конфиренцин по авиационной метеорологии. М.: Гидрометеоиздат 1990. с. 53.

14. Бочарников 1L В. , Еогатский К. М. , Брылеь Г. Б. ,'Лине А Г. , Четверикова Е. С. , lit веда Г. Ф. .Якимайнен IL А. Прогности ческие возможности автоматизированного радиолокационного комплексы "КЬтеоячейка-С". Теаиси докладов 3 Всесоюзной-контрен ции по авиационной метеорологии. М.: Гидрометеоиздат, 1990 с. 122. •

lb. Boaliainikov N. V. , Brylyov U В, , Luiyov A. G. C'onveotive storm nowoastuisr in the region of Leningrad usi'n the . automated weather radar data 25th Int. Conf. on Rala Met. Preprints, Paris, France, June 24-28, 1991,' AKG, p 96-96. ■

Ртп.ГГО. 27.07.92.Sac. 120.Т.100.Н50ПЛ,