Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Протоз сильного ветра на пентаду по полусуткам для территории Урало-Сибирского региона

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Протоз сильного ветра на пентаду по полусуткам для территории Урало-Сибирского региона"

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА РОССИИ ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И МОНИТОРИНГУ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

СИБИРСКИЙ РЕГИОНАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи УДК 551.509

РГВ од

-о СЕН

ЗДЕРЕВА Марина Яковлевна

Прогноз сильного ветра на пентаду по полусуткам для территорий Урало-Сибирского региона

Специальность 11.00.09 - Метеорология, климатология,

агрометеорология

Автореферат

диссертации па соискание ученой степени кандидата гео графических наук

НОВОСИБИРСК - 2000

Работа выполнена в Сибирском региональном научно-исследовательском гидрометеорологическом институте.

Научный руководитель - доктор физико-математических наук,

профессор Е Е Васильев

Официальные оппоненты: доктор географических наук,

профессор ¡й П. Переведенцев

кандидат географических наук Г. К. Беселова

Ведущее предприятие - Томский государственный университет

Защита диссертации состоится в

часов на заседании диссертационного совета К 024.05.02 Гидрометеорологического научно-исследовательского центра Российской Федерации.

Адрес совета: г. ЬЬсква, К Предтеченский пер., д. 9-13, Гидрометцентр России.

С диссертацией южно ознакомиться в библиотеке Гидрометцентра России.

/О

Автореферат разослан "О^/иы^ 2000г.

Ученый секретарь диссертационного кандидат географических наук " /А. И. Страшная

диссертационного совета • '

ОЩЛЯ ХЛРЛКТЕР1КЛШЛ РЛЕОТЫ

Актуальность те?:ы.

Сильный ветер относится к категориям опасных и стихийных метеорологических явлений (ОЯ и СГЯ). Во многих отраслях народного хозяйства, за исключением ветроэнергетики, он мотет вызвать существенные экономические потери, а тага® представить непосредственную угроз/ лизни людей. Предупреждения об ОЯ и СГЯ - это самая ответственная с высшим приоритетом функция Национальных гидрокетслугб во всем мире. Минимизации экономического и социального ущерба, предотвращению угрозы челове-чзсшм дизням, вызванных природными стихийными явлениям! С в том числе и сильными ветрами), было посвящено организованное ООП и поддерживаемое ВМО Международное Десятилетие по Уменьшения Опасности Стихийных Бедствий (ЮМБЯ), .закончившееся в 1299 году. Раннее предупреждение стихийных и опасных явлений -главная тема международной конференции в Потсдаме (сентябрь, 1998), прошедшей в рамках этой Декады. Повышение точности прогнозирования данных явлений, а такие увеличение их забла-говременности облегчает проведение подготовительных спасательных действий. Научно-исследовательские работы в этом направлении поддерживаются Международными Программами ВМО и считается приоритетными.

Ветровой релим исследуемой территории Урало-Сибирского региона отличается разнообразием. Наиболее подвергни сильным ветрам районы Алтайского края, Новосибирской области и севера Красноярского края. До настоящего времени не было ни одного пригодного для региона в целом объективного метода, прогнозирующего усиления скоростей ветра до опасных. Период предшсаза-ния явления по имеющимся отдельным разработкам не превышает суток. Постановка и решение задачи по прогнозу сильного ветра на средние сроки осуществимы благодаря наличию и совершенствованию гидродинамических моделей атмосферы.

Настоящая диссертация выполнялась в рамках тем 1.9.2.23 и 1.9.1.1 НИОКР Росгидромета "Разработать методы прогноза стихийных и опасных явлений на 1-5 суток по территории Урало-Сибирского региона "

Даль датой работы: создать и внедрить в оперативную технологическую линию ыодеш прогноза двух категорий сильного ветра (>15м/с и v25m/c) пс полусуткам пентады д^я территории Урало-Сибирского региона с учетом сезонных особенностей явления.

Для выполнения этой цели были решены следующие задачи:

- изучен ветровой режим по района},5 территории по теплому и холодному периодам года;

- выделены ситуации с сильным ветром по двум категориям, проведен их синоптический анализ;

- получены количественные характеристики-предикторы на основ? имеющейся фактической информации и проведен статистически анализ, выявляющий связь их значений с усилением ветра;

- созданы схемы расчета прогноза ветра со скоростями 15м/с ] более и 25м/с и более для разных периодов года по района1 территории на 1-5 дней;

- полученные схемы реализованы на ЭВМ■ COMPARE)' с учето; действующей в Западно-Сибирском региональном вычислительно! центре (ЗапСибРВШ технологической линии по расчету сре-несрочного прогноза погоды;■ .

- оценено качество полученной модели.

Кзтодгега исследовао-я и кспользовшпаз штеркала

Метод основан на статистической интерпретации гидродина мтестх прогнозов барических полей и температуры ЕЦСПП > привлечением среднесрочных прогнозов температуры и скорост преобладающего ветра по схемам, разработанным в СибНИГШ.

При решении поставленной задачи использовались приемы си ноптического, статистического и математического анализов. Пр интерпретации базовых прогнозов применялась концепцл РР (Perfect Prognos Method).

Для исследования и создания прогностической схемы привле кажсь фактические данные барического и термического состояни атмосферы, снятые с приземных и высотных синоптических карт, также данные о повышенных скоростях ветра из метеорологически таблиц ТМ-1, штогновых предупреждений и метеорологических све дений.

Паупап nantira. Впервые создана автоматизированная схема прогноза сильного ветра двух категорий опасности, позволяющая трэдсказывать это явление и характер его распространения по пощади района с заблаговременностью до пяти суток. Получение !роизводных предикторов, выбор информативных из них, а такж определение граничных условий для классов с сильным ветром имеют авторское решение, lia защиту выносятся:

1) метод и алгоритм его реализации прогноза сильного ветра >15;.!/С ;

2) метод и расчетный алгоритм согласования прогнозов скорости преобладающего ветра п сильного по двум независим.) моделям по района?.! Урало-Сибирского региона;

3) метод и алгоритм его реализации прогноза сильного ветра >,25м/с .

Прагсгачекил цегагсеть. ' На основе метода создана модель, которая подключена к оперативно действующей в ЗапСибРВД технологической линии по расчету среднесрочных прогнозов, что позволяет ежедневно в оперативном режиме получать прогноз наличия или отсутствия сильного ветра по двум массам скоростей. Выходная продукция оформлена в виде таблиц и по каналам связи поступает в прогностические подразделения региона

Анализ оперативных испытаний модели позволил Техническим советам Управлений Росгидромета и Центральной Методической Ко-миссш Росгидромета по гидрометеорологическим прогнозам принять следующие решения: авторский метод прогноза ветра со скоростям! 35м/с и более на 1-5 суток внедрить в качестве основного расчетного в Западно-Сибирском и Средне-Сибирском УГМС , з качестве вспомогательного - в Уральском УГМС; метод прогноза ветра со скоростями 25 м/с и более для холодного периода года внедрить на территории Уральского УГШ в качестве вспомогательного к синоптическому, на территории Западно-Сибирского УГМС -как консультативный, на территории Средне-Сибирского УГМС - использовать в опытном порядке. Для метода прогноза ветра >25м/с в теплом периоде года в настоящее время продолжаются, оперативные испытания в ЗСУГМС.

Адрсбацкя работы Основные результаты работы докладывались на международной конференции по результатам исследований

в области гидрометеорологии и мониторинга загрязнения природной среды {Москва, 1936г.), итоговых сессиях Ученого Совете СибНИГШ (Новосибирск, 1996 и 1999 гг.), международной конференции по системам раннего предупреждения природных стихш-(Германия, Потсдам, 1998г.), научногг семинаре секции Ученогс Совета Щ СОРАН (Новосибирск, 1999); изложены в 5 публикациях.

Сгруггурз: к рсасартагр^ Диссертационная работа

состоит 513 введения, пяти глав, заключения. Объем диссертации составляет 132 страницы машинописного текста, в том числе 12 рисунков, 44 таблицы и список литературы, включающий 147 наименований на русском и иностранном языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРКДШЗ РЛБОШ

Во вездзшб! обосновывается актуальность теш диссертации, формулируется цель исследования, определяется его научная новизна и практическая ценность, дается краткий обзор содержания по главам.

В первой глаьэ представлено описание основных направлений исследований по прогнозу сильного ветра В синоптическом направлении исследований учитывается влияние основных элементов барического поля. По Урало-Сибирскому региону практически для территории ответственности кагдого УГМС есть разработанные ранее эмпирико-синоптические методы прогноза сильного ветра Для Урала -работы 3. 3. Халевицкого, для Омского УГМС - Н. Ф. Оленевой, для Западно- Сибирского УГШ - P.A. Яг удина, ЕЕ Ярковой, для Красноярского - Б. Л. Зализняка Подобные исследования имеют большую ценность, поскольку содержат подробный и качественный анализ синоптических условий возникновения сильного ветра Вместе с тем методы, разработанные на их основе, действительны для ограниченных территорий. Кроме того, при таком подходе трудно определить четкую границу перехода из одного класса явления в другой. Поэтому одновременно развивались способы различного рода объективизации прогноза

Все схемы самого распространенного статистического направления можно разделить на две группы: - учитывающие взаимодействия звеньев следушей цепи: геострофический .ветер - градиентный ветер - реальный ветер.;

- построенные на основе наблюденных метеорологических данных, данных сети МРЛ и снимков ШСЗ.

К работам первой группы относятся исследования В. Р. Дубен-цова О. Е Белинского, А. Л. Снитковского и др.. В них изучается изменчивость связи меяду скоростью фактического (Уф) и геострофического ветра (Уг), которая в общем виде выглядит как:

Уф=кДг , (1)

Коэффициент ^уточняется в зависимости от географического по-лолзния станции, стратификации воздушной массы, времени года и суток, синоптических условий, сероховатости подстилающей поверхности, значительного изменения широты в движущемся барическом образовании и резкого изменения кривизны изобар. Выводы согласуются с результатами зарубежных исследований Педерсона, Малберга, Дшнсона, Ландберга, Лоренца и других.

Авторы второй группы прогностических схем конкретизируют связь ветра с температурой, влажностью, облачностью, с синоптическими объектами. Результаты в основном используются при разработках прогнозов шквалов и зон активной конвекции.

Переход к прогнозу явления в данном направлении модно осуществить двумя способа).™. Первый основан на базе гидродинамических прогнозов полей давления у земли, геопотенциала, ветра и температуры на высотах. Этот подход построен на учёте синхронных связей полей ветра с предиктора™ и имеет РР и КОБ варианты. Кавдый из них обладает свою,«! преимуществами и недостатками, но оба требует высокой точности гидродинамических прогнозов,которая, как показано в работах Э. К Переходцевой, именно при ситуациях с сильным ветром заметно снижается. В связи с этим развивается и второй способ перехода на прогноз, основанный на учете асинхронных связей с фактическими исходными полями. Однако основным его недостатком является ограниченность в периоде заблаговременности: удовлетворительные результаты получаются лишь при прогнозе до -12 ч.

Основная часть созданных к настоящему моменту автоматизированных методов прогноза сильного ветра имеет заблаговремен-ность, не превышающую 35ч, небольшой процент методов позволяет предсказывать это явление до 72 ч. Для обширной территории от Урала до Восточной Сибири нет даж краткосрочных объективных схем расчета сильного ветра, за исключением метода Л. Е Романо-

ва, пригодного лишь для Новосибирской области в теплый период года. На сроки свыше трех дней по доступным источникам имеются лишь две законченные модели по расчету приземных скоростей ветра- средних и максимальных по территории Евразии (авторы Мальцев Д. Л., Васильев П.Е) и преобладающих по территории Урало-Сибирского региона (автор Хравдова ИТ.). Кетод получения среднесрочных прогнозов опасного ветра как явления разработан впервые автором данной диссертации.

Во шорой глава описаны особенности' ветрового режима из территории Урало-Сибирского региона. Регион охватывает обширные пространства от 55°до 10£? в. д. и по меридиану от 50°до 70 с. и.. Разнообразие рельефа, природных зон, водных бассейнов на указанной территории формирует и разнообразие погодно-климата-ческих условий. По климатическим характеристикам основных мэ-теоэлемэнтов и с учетом физико-географических и административных границ на территории выделено сорок однородны}-: по климату районов. В разделе 2.1 диссертации на основе региональны]; исследований и данных из "Справочника по климату СССР" по 1саг,-дому выделенному району представлены основные моменты, отражающие режим сильного ветра: степень защищенности станций, годовой ход явления, среднее многолетнее число дней с сильным ветром в году, наиболее вероятные направления, максимальные скорости ветра, наличие местных ветров, вызванных орографическим: особенностями.

Для построения прогностической модели была сформирован; выборка фактических случаев с ветром >Л5м/с. Она включает ] себя дату наблюдения явления, скорость ветра и количеств! станций, на которых он зафиксирован в каждом из 40 районов. Вы борка построена по холодному и тёплому периодам 1976-80 годо: и по полусуткам (ночь, день). В разделе 2.2 в табличном и гра фическом виде представлено распределение числа случаев и пов торяемости явления по районам и сезонам в указанном периоде Число случаев с явлением составило от 10 до 335 в разных райо нах. В дальнейшем из рассмотрения исключены районы, в которых повторяемость ниже 2Х. Географическое расположение районов наиболее подверженных сильным ветрам, то же, что и в раздел 2.1, что позволяет использовать выбранный период лет для раз работки метода.

В рассматриваемом периоде в большинстве районов ветер достигал скоростей выше 24м/с менее, чем в 15 % от всех случаев усиления ветра. Для повышения репрезентативности выборки с ветром второй категории, во-первых, был удлинен период еще на десять лет (1981-90гг.). во-вторых, добавлены случаи с 10%-ным допуском (с 22м/с). Согласно "Наставлению по службе прогнозов" такой допуск разрешается при оценке прогнозов ветра. Ееличина выборки с явлением второй категории составляет от единичных случаев в районах Ханты-Мансийского округа, Тюменской, Курганской, севера Омской областей, до 188 случаев в северных районах Алтая.

Для дат с отмеченным сильным ветром производился синоптический анализ, целью которого являлось слежние за перемещением циклонического образования вблизи района с ветром. Анализ показал, что в теплый период усиление ветра связано с прохождением центра циклона вблизи района в 80-87% ночью и в 64% -77% днем. В холодном периоде эти цифры соответственно 7ZZ и 667.. При выполнении анализа обнаружилось, что в 20-25% случаев (а на Урале в теплый период в дневное время до 42%) синоптическая ситуация не способствовала данному явлению, т. е. в момент усиления ветра наблюдалось малоградиентное поле на перифериях антициклонов или в гребнях без фронтальных разделов. В дальнейшем в схеме учтены результаты синоптического анализа: используется алгоритм, определяющий положние центров циклонов, давление в них и удаленность от заданной точки. Относительно высокий процент случаев с сильным ветром в малоградиентных антициклонических полях на территории Урала в теплом периоде, при данном методическом подходе заведомо снизит успешность его прогноза в этих районах.

В третьей главе показан расчетный вид всех производных характеристик, выступающих в качестве потенциальных предикторов, и варианты построения информативного вектора-предсказателя из них. Поля фактических значений приземного давления (РО), геопотенциала на АТ500 (Б500 ) , температур на высоте АТ850 (Т850) и экстремальных температур воздуха у земли (Tmin,Tmax) за период 1976-90гг. , представленные в узлах пятиградусной сетки, являются исходными данными.

Для каждого района были рассчитаны следующие параметры:

1) восстановленные значения геопотенциала на АТ-850;

2) конечные разности давления и геопотенциала по осям координат;

3) горизонтальные температурные градиенты на АТ-850 ;

4> барические градиенты у земли и на AT-500 ;

5) лапласианы давления и геопотенциала;

6) отклонение геопотенциала на АТ-500 от климатического значения ПКЙЗ, а давления у земли от средней многолетней норш;

7) температурные показатели вертикальной устойчивости (неустойчивости) атмосферы (Тз-Т850);

8) суточная амплитуда температуры ;

9) комплексная характеристика адвекции на уровне АТ-850:

? Т850 ЭН650 , QT8501Н850

+ тг ^ ш Л2)

10; комплексный функционал, в который вошли наиболее физически значимые для сильного ветра нормированные параметры со своими весовыми коэффициентам: С л 'ЗР^'ЗР о лР ЭН500, „ОН500, Д^Н850 , „9Н850 , ,uAD850

.. («

где а^а^-.-ад- коэффициенты парной корреляции данного члена со скоростью ветра;

11) для учета нестационарности процессов для всех вышеперечисленных предикторов рассматривались их суточные изменения как до явления, так и после него ;

12) направление переноса воздушных масс, определяемое по углу наклона изобар; для его автоматического расчета использовалось значение SIfJf :

Р

SINy= -,—------------, ...(4)

по arcsin и знаку Ру на окружности-выделено восемь румбов;

13)положение центров циклонов и давление в них, определяемое формализованно;

14)завихренность поля вектора скорости в заданном контуре:

, ...(5)

где V -проекция вектора скорости- ветра на касательную в данной точке контура L; S -плошздь, ограниченная контуром L.

Итак, все вышеперечисленные производные характеристики описывают по возможности барическое и термодинамическое состояние атмосферы, основные влияющие на образование ветра центры баричес!шх систем, циркуляционные и конвективные факторы. Па-раштры были рассчитаны на архивном материале по холодному и тепло?!у пэриодам года, привязаны к каддому району и записаны в последовательные наборы в электронном виде так, что они составляют собой определенную базу данных.

Анализ 1шфор!.:ат2гвности лредпктороз проводился двуш вариантами.

ПзрвнД вариант. По трен класса?.! скорости ветра выделены "тштовыэ" выборки: 1класс - У<15м/с йкласс - 15м/с<У<22м/с Зкиасс - У>22м/с. По каддому предшггору получены выборочные средние. Если из трёх средних мо«шо построить такую-либо возрастающую или убывающую функцию, то данный предиктор можно считать информативным для прогноза усиления ветра. Степень различия средних оценивалась с помощью критерию Стьюдента :

V ><г

1 ^ШШШШТ^ТЩ ' ••• сб)

где Х1и Хг~средние двух независим« выборок с числом членов и На, и Бг- их средние квадратические отклонения.

Совместный анализ трех выборочных средних и критериев Стюьдента ыезду ними позволил для какого района определить вектор наиболее значимых предикторов для прогноза сильного ветра

Второй вариант.

Выделяется две "типовых " выборки: с ветром > 22м/с и <22м/с. Задача решается по следующему-алгоритму:

1) определяются границы значений предиктора в общей выборке;

2) значения делятся на десять равномерных градаций;

3) в каждой градации рассчитывается отношение :

где niL- число попаданий значений предикторов в i-ую градацию в выборке с ветром >/22м/с; п£г - токе в выборке с V< 22м/с; Nj,N2 - величины выборок.

Таким образом, для каждой конкретной градации значения предиктора получена относительная вероятность явления. Функция распределения этих вероятностей отражает информативность предикторов, а ее значения мокно использовать для прогноза явления.

Чдгсзргая гдзда. содеркит описание методических основ и алгоритмов расчетов всех основных блоков модели прогноза сильного ветра

Модель основана на физию-статистической интерпретации гидродинамической модели- атмосферы. Использована концепция, основанная на гипотезе "идеального прогноза" (РР). В качестве исходной информации выступает гидродинамическая продукция ЕЦСПП, поступающая по каналам связи в ЭВМ в коде GRID на период 24-1444.

Поскольку синоптические процессы при таких опасных явлениях, как сильный или ппормовой ветер, протекают с повышенными скоростями, то двадцатичетырехчасовой интервал в исходной информации может нарушить синхронность меаду фиксацией ОЯ и состоянием атмосферы, заложенную в методике. Кроме того, изначальной задачей было получение на выходе прогнозов по полусуткам, для чего такие необходим учет промежуточной информации. Для разрешения этих проблем в схему введен авторский алгоритм, по которому для каждого района определены квадраты, откуда перемешаются воздушные массы при том или ином направлении ветра Таким образом, в каждом районе все параметры имеют два значения: по исходной информации в данном районе и из района адвекции. В дальнейшем в схеме участвует либо максимальное, либо минимальное, либо среднее из них, в зависимости от времени суток и вида параметра.

Первый блок содержит алгоритм расчета прогноза ветра со скоростями 15м/с и более (рис.1). Сначала "отсекаются" ситуации, явно не содержащие условий для образования сильного ветра Для выполнения данной задачи привлекаются полученные эмпирически критические значения градиентов давления у земли и геопотенциала на АТ-500, их суточных изменений и комплексного функциона-

ТЕХНОЛОГИЯ РАСЧЕТА ПРОГНОЗА СИЛЬНОГО ВЕТРА

ла (3). Если ни один из названных параметров не достигает критических значений, то прогнозируется отсутствие условий для сильного ветра и дальнейший анализ ситуации не производится. Б противном случае задача выходит на вторую ветвь, в которой используется аппарат линейного дискриминантного анализа. Для построения дискриминантной функции в качестве предикторов используется вектор информативных предсказателей. Из полученных коэффициентов строится прогноз класса ветра >15м/с (отсутствие явления, явление о;;шдается "местами" или "на большей части территории" района) согласно алгоритму, основанному на эмпирическом исследовании. На следующем этапе производится его корректировка. Ео-первых, используются результаты описанного в диссертации предварительного анализа связи явления с направлением воздушных ыасс. В модель введена поправка в виде уменьшения прогнозируемого класса при маловероятных направлениях сильного ветра в каэдом районе. Ео-вторых, учитывается непрерывность явления в переходные и холодный периоды года. Е случае, если на ночь прогнозируется наличие ветра Я5м/с на большей части территории, то на день следует огшдать его хотя бы "местами". • •

С июня 1995г. в оперативную практику УГКС региона введено использование автоматизированного расчета скорости преобладающего ветра по станциям региона на 1-5 суток (автор КГ.Храмцо-ва), ас ноября 1995 был начат оперативный расчет прогноза ветра И5м/с по модели диссертанта Однако оперативные испыта-зшя и дальнейшее использование 'результатов выявили случае несоответствия прогнозов.' При этом были варианты, когда прогнозировался сильный ветер при очень слабых скоростях преобладающего, и наоборот. На трехлетней выборке параллельных расчетов оценено качество методов в расходящихся ситуациях, которое оказалось разным в разных районах региона, что не позволилс выработать единого решения. Для этой цели были привлечены такие параметры, как направление ветра и его связь с сильны;, ветром и характеристика, отражающая вероятность сильного ветра. Условия для принятия окончательного решения разрабатывались для каждого района территории отдельно. Таким образом, создан алгоритм автомагического приведения к соответствию решений с повышением результативности обеих моделей. Этот алгоритм составляет второй блок схемы.

Анализ условий для образования ветра >24 м/с начинает, фоизводиться, если на выходе после этапа согласования прогно-50В получено наличие ветра »15м/с хотя бы "местами" по территории района. Основной задачей при разработке этого шага было >пределение на базе имеющейся обучающей выборки критериев, юзволяюцих из условий для усиления ветра вообще выделить характерные для следующей категории опасного явления.

Разделявшая плоскость в методе прогноза ветра >^25м/с для голодного периода года (ноябрь-дегабрь и январь-март месяцы) ¡троится по значениям предикторов, отобранных для калдого района по первому варианту анализа информативности. При опрэде-¡ении их пороговых значений в первом приближении модно сориентироваться на средние значения предикторов в третьей выборке. )днако реальные их значения в этих случаях имеют разброс, тогда достаточно больной. Поэтому пороговые границы предикто-юв определялись не одной предельной величиной. Значения пре-[икторов в третьей выборке были разбиты на градации, число ко-■орих колеблется от нуля до четырех для разных параметров. При 'том кадцой градации присваился номер по мере возрастания вероятности явления. Пример такого разбиения приведен в табл. 1 ;ля градиента приземного давления.

Таким образом, каждую синоптическую ситуацию могно редставить в виде числа (5), равного суше классов, опредэ-;ённых по каждому предиктору. Если тагле предикторы информа-ивны для ситуаций с сильным ветром з данном районе, то коли-ественное значение 3 кокно оценить как аналог вероятности силения ветра и использовать для разделения ситуаций. Для поучения переходных значений 3 было использовано уравновешива-

Таблица 1

Определение вероятностного класса явления на примере ггайР

ПРЕДИКТОР КЛАСС

1 2 3 4

йгасЗР 10-14 15-19 20-24 »25

мб/бООкм)

ние оправдываемости (Оя) и предупрегдённости (Ря) явления нг архивной выборке,вычисляемых согласно синоптическим требованиям. То есть в качестве границы выбирается значение Б при котором Оя и Ря в архивных выборках приторно равны, а их суг:>.~ максимальна Прогноз данного явления сводится к нахождению £ по исходной гидродинамической продуши и проверки его значения относительно пороговых.

Вариант модели для теплого периода года наряду с одинаковым подходом к прогнозу явления отличается в выборе спрэдалта-цэй количественной характеристики. Она основана на функщн распределения относительных вероятностей явления. Определяя Р1 по информативным предикторам, получаем две характеристики : сущу всех значений Ра (Бр ) и число предикторов, при которые Р1>0 (Нр ). Опыт показал, что для определения ситуации с сильны),! ветром, вторая величина (Нр) является более значимой, чэ> первая. Ддя больштства районов исследуемой территории вете] >25 м/с возникает при Ь'р >2. В случаях, когда сильный вете! охватывает относительно большие пространства, показательны) является сочетание Бр и Ыр , при этом Мр >,6-7, а 5р 5>200.

В полном варианте на выходе модели содержится прогно: двух категорий сильного ветра по каздому району региона по полусуткам пенгады. При этом выделены градации прогноза "местам и "на большей части" территории района.

Одним из достоинств модели является доступность к внедрению, поскольку она изначально разрабатывалась с учэто: действующей в ЗапСибРВЦ оперативкой технологической линии т расчету комплекса среднесрочных прогнозов погоды. Эта лини: создана на базе ЭВМ "СОМРАКЕХ" и интерфейса с каналами связи Средства отображения информации потребителю могут выдавать е в различных формах: на бумажном носителе (АЦПУ), на экран дисплея, в виде сообщений в каналы связи. Автором составлен программы оформления результатов в таблицы по районам обслуни вания ответственных УГШ региона, а также программы формирова гага телеграмм для автоматической передачи результатов.

В пятой гдаво описаны основные результаты авторских оперативных испытаний модели прогноза 1сагдой категории сильно го ветра На первые трое суток проводились сравнения оценок оценками оперативных синоптических прогнозов. На первые сути

сопоставлялась успепность с прогноза?.® по методам других авторов. Результаты имеют разные оценки для разных частей региона, что в немалой степени зависит от повторяемости явления гак в обучающей выборке, таг. и з периоде испытания. Наиболее высокое качество отмечено в районе Ханты-Мансийского округа, в центральных и шных районах Омской и Новосибирской областей, в Алтайском крае. В целом общая оправдываемость метода и олравды-ваеиость класса отсутствия явления на уровне синоптических прогнозов (табл.2). Успешность методических прогнозов ¡сласса явления "местами по территории района" тага© сопоставима с уровнем оперативных и в отдельных областях даго превышает их. По прогнозу класса наличия явления и его предупредденности оперативные прогнозы синоптиков имеют преимущество, которое на вторые и третья сутки уменьшается, с превышением в отдельных районах азторских (табл. 2,3). Сравнения на .первые сутки с прогнозами по кэтодам других авторов показали явное преимущество метода диссертанта (табл. 4,5).

В вацгаг;51Ег; приведены основные результаты работы:

1. Впервые для территории Урзло-Снрнрского региона создана автоматизированная схема прогноза двух категорий сильного ветра, позволяюпш предсказывать данное опасное явление и характер его распространения по площади района с заблаговремэн-ностью до пяти суток. На срсгл прогноза явления свыше 35ч предложенная автором диссертации схема является единственной разработкой для денного региона.

2. Изучен пжжатяческяй регчм сильного ветра на территории региона Сформированы архивные выборки ситуаций за период 1976-90гг. по трем классам : с ветром 0-14м/с, 15-21м/с и >*2?л/с. Повторяемость сильного ветра по ¡гаждому району в этих выборках качественно согласуется с результата»,и климатических исследований. Проанализировано распределение числа случаев с сильным ветром по румбам направления, результаты анализа используется в методике.прогноза

3. Построен вектор потенциальных предикторов, характеризующих барическое,, циркуляционное и термодинамическое состояние атмосферы. Автором предложи новый функционал, значения которого в комплексе отражают условия для- возникновения усилений ветра Двумя вариантами проведен анализ информативности предикторов.

Таблица 2

Сравнительные оценю! (%) методических (1.0 и синоптических (С) прогнозов ветра со скоростями -VI5м/с за период II1-ХП 1994г. (260 расчетов на 10 полусутков по 40 районам)

Зона СУТ- Общая Оправдываэыость Предупрежден

обслу- КИ оправдываем. явления явления

живания М С М С ы С

УГМС 1 94 97 68 94

2 94 96 82 89

3 94 96 74 90

4 92 - 76 -

5 94 - 74 - -

ОИУГМС 1 92 93 57 72 50 68

2 92 93 52 61 52 58

3 92 92 63 61 53 60

4 89 - 60 - 53 -

5 86 - 55 - 54 -

ЗСУГМС 1 74 89 68 78 50 82

2 65 79 65 72 56 63

3 67 76 67 74 48 54

4 62 - 63 - 46 -

5 63 - 61 - 49 -

Среднее 1 91 94 63 79 52 74

по 2 90 91 67 73 54 62

всей 3 90 92 68 •73 54 62

террито- -.4 89 - 67 - 54 -

рии 5 88 - 64 - 54 -

Таблица 3

Оправдываешсть (0-%) и предупредценность (Р-%) прогнозов !0!асса "наличия" вегра >,25м/с по территории ЗСУГМС испытываемого и оперативного синоптического методов за 1996-97гг.

оправдываемость предупреддениость

Суп си Прогноз ночь день ночь день

№хр 0 Нпр О Нф Р Нф Р

1 Мэтодич. 19 60 9 67 И 45 16 25

Синоптич. 25 67 22 68 11 73 16 44

2 Мэтодич. 15 63 7 57 13 38 17 6

Синоптич. 13 69 11 63 13 33 17 24

3 1'зтодич. 10 45 11 54 13 23 20 10

Синоптич. 15 67 11 73 13 46 20 20

Таблица 4

яравдываемость (0-%) и предупредденность (Р-%) прогнозов ласса "наличия" ветра >25м/с по территории ЗСУГМС испытывае-ого метода, метода В. И. ЯрковоП и синоптического на первые сутки аа 19СЗ-97гг .

Прогноз И 0 ч ь Л е н ь Н 0 ч ь Д е н ь

Нпр 0 Нпр 0 Мф Р НФ р

иетодич. 19 60 9 67 9 56 16 25

Яркова 7 29 3 33 0 22 16 6

Синоптич. 24 67 18 72 9 со V- 16 31

Таблица 5

Критерий Шфси-Обухова прогнозов-сильного ветра по методу Романова ("Р") и по методу Здеровой ("3") на первые сутки за период май-сентябрь 1995-98 гг.

1йтод ночь день

0,19 0,29

-0,15 0,55

4. В созданной модели по-новому предложи учет адвективного фактора; учет поведения решений по двум независимым моделям при разных направлениях ветра и разных состояниях атмосферы; построение решающих комплексных характеристик, по которым определяется плоскость разделения ситуаций при ветре свыше 24м/с-выделение ка первом этапе ситуаций, явно не содержащих условий для усилений ветра, и прекращение дальнейшего анализа.

5. Учтена действующая оперативная технология расчетов прогнозов в ЗапСибРБЦ.

6. Получены результаты авторских и оперативных испытаний шдели в течении 1994-98 гг., которые позволили внедрить схему в оперативную работу подразделений УГ1Ю региона.

В заключении такж приведены выводы о надежности метода и перспективах данного направления научных работ.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Здерева М. Я , Храмцова И. Г. , Прокопьева И. П., Токарев Е Г., 1Дустова Г. А. Опыт работы по созданию методов среднесрочного прогноза опасных явлений и -стихийных явлений погоды // Тезисы научной конференции по результатам исследований в области гидрометеорологии и мониторинга загрязнения окру-гахщей среды. - Шсква. - 1996. - С. 5-6.

2. Здерева IIЯ , Торубарова Г. П. Возможность автоматизированного прогноза ветра со скоростями 25 м/с и более на средни« сроки // Труды СибНИГМИ. - 1999.' - Вып. 103. - в печ.

3. Прокопьева II П. , Здерева М. Я , Торубарова Г. П. Модель прогноза ветров >/15 м/с на пентаду с детализацией по полусутка //труды СибНИГМИ. - 1997. - Был. 102. - в печ.

4. Разработать методы прогноза стихийных и опасных явлений н 1-5 суток по территории Урало-Сибирского региона Раздел прогноз сильного (>/25 м/с) ветра на 1-5 суток, детализиро ванный по полусуткам для территории Урала и Сибири: Отче по НИР(заключительный)// СибНИГМИ Росгидромета, руково дитель Здерева М . Я. - Тема РЗ. 1.9.1.1, Игр 01960009726; инв. N02960004269.-Новосибирск, 1998.- 80с.

3. Zdorova M. Possibility of radium-term forecast of strong winds // Internatinal IDNDR-Conferonce on Early Warning Systems for the Reductuion of Natural Disasters. Program and Abstracts. - Potsdam, Germany. - 1998. - P. 65.