О развитии гидрометеорологических прогнозов для территории стран СНГ P.M.Вильфанд, Д.Б.Киктёв Гидрометцентр России 2-4 октября 2012 г., г. Казань. - презентация

1 О развитии гидрометеорологических прогнозов для территории стран СНГ P.M.Вильфанд, Д.Б.Киктёв Гидрометцентр России 2-4 октября 2012 г., г. Казань

2 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

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

4 4 COSMO-RUsib x =14 км 360 * 250 * 40 узлов сетки Шаг сетки: 7 км Шаг по времени: 80 сек Срок прогноза: 78 часов GME: начальные и граничные данные GME x = 30 км * 60 узлов сетки Шаг сетки: 30 / 20 км Шаг по времени: 110 сек Срок прогноза: 7 сут COSMO-RU2 x =2.2 км 420 * 470 * 50 узлов сетки Шаг сетки: 2.2 км Шаг по времени: 15 сек Срок прогноза: 24 часа COSMO-RU7 x = 7 км 700 * 620 * 40 узлов сетки Шаг сетки: 7 км Шаг по времени: 40 сек Срок прогноза: 78 часов Мезомасштабная модель COSMO

5 Образцы прогностической продукции модели COSMO Прогноз для г.Минск

6 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

7 2. Развитие технологии глобального среднесрочного прогноза

8 Глобальные оперативные модели атмосферы для среднесрочного прогноза погоды Типичное разрешение: км по горизонтали, уровней по вертикали Передовые центры имеют горизонтальное разрешение ~15 км Что имеется в Росгидромете?

9 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 ядер Дальнейшее развитие: негидростатическая версия модели (или новая модель)

10 Среднеквадратическая ошибка прогноза давления на уровне моря на 3 суток. Период:

11 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 февраль 2012

12 Среднеквадратическая ошибка давления на уровне моря как функция заблаговременности прогноза ( сут) Период: июнь-август 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

13 Система усвоения данных 13 Создана схема трёхмерного вариационного усвоения (3D-Var) полностью собственной разработки Создана работающая в реальном времени схема трёхмерного вариационного усвоения в атмосфере на глобальном масштабе Результаты авторских испытаний демонстрируют преимущество новых анализов (с одним и тем же первым приближением NCEP) по сравнению с оперативными Работает циклическая схема усвоения в океане на базе разработанной унифицированной схемы 3D-Var

14 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.)

15 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 Новые продукты (прогноз вероятностей) Оценка неопределенности прогнозаПрогнозы вариантов развития ситуации 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

16 3. Развитие технологий глобального и регионального долгосрочного прогнозирования

17 Один из главных результатов 3-й Всемирной климатической конференции (Женева, 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.

18 Международная инфраструктура ВМО для выпуска долгосрочных 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

19 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

20 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)

21 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 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).

22 (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

23 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

24 Средняя климатическая сплоченность морского льда в северном полушарии по данным моделирования и наблюдений MarchSeptember Результаты моделирования Данные AMIP [Hurrel et al 2008]

25 Ошибки ретроспективных сезонных прогнозов Гидрометцентра России по атмосферной модели ПЛАВ (Атм) и по совместной модели (CM) за период 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 СМ ANOM CORR Атм. RMSE для аномалий CM RMSE для аномалий Н N Тропики S P N Тропики S T2m N Тропики S

26 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)

27 Образцы оперативной продукции СЕАКЦ Композитные карты прогностических вероятностей сезонных аномалий температуры по моделям Гидрометцентра России и ГГО Прогностический сезонный обзор аномалий температуры и осадков по данным моделей Гидрометцентра России и ГГО

28 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 T42L14T63L25Клим.T42L14T63L25T42L14T63L25T42L14T63L25Клим. 1 неделя неделя неделя неделя Месяц Перспективная прогностическая продукция СЕАКЦ – совместные еженедельные прогнозы на скользящий месяц с понедельной детализацией по моделям Гидрометцентра России и ГГО

29 29 Данные декадного мониторинга засух Образцы продукции СЕАКЦ (2): Данные декадного мониторинга засух

30 Сравнение с прогнозами других центров СЕАКЦМультимодельные прогностические центры одинаковые градациипротивоположные градации Приземная температура воздуха - теплее обычного - Западная ЕвропаEuroSIP(юг), IRI, LC MMELRF(юг) - Европейская РоссияEuroSIP(юг), IRI, LC MMELRF(кроме северо- запада) - Закавказье, Турция, ИзраильAPCC, IRI, LC MMELRF - Средняя Азия и Казахстан (кроме северо- запада) APCC, IRI, LC MMELRF(север) - МонголияAPCC, 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 - МонголияLC MMELRF (запад) EuroSIP(восток) Осадки - избыточное увлажнение - Зарубежная Европа (кроме Скандинавии) APCC (страны Балтии и Белоруссия), LC MMELRF - Дальний ВостокEuroSIP (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

31 Спасибо за внимание !