- объективная интерпретация гидродинамических прогнозов полей метеорологических параметров.
Реализация отдельных этапов общей технологии подготовки прогнозов может быть распределена между различными организациями.
Результаты объективной оценки текущего состояния атмосферы, гидродинамического прогноза полей метеорологических параметров и его объективной интерпретации являются выходной продукцией технологий ЧПП.
5.1.2 Сбор и первичный контроль информации гидрометеорологических наблюдений
5.1.2.1 Ежедневно в прогностические центры ГСОДП поступает информация гидрометеорологических наблюдений за текущим состоянием атмосферы с различных наблюдательных платформ: наземных, аэрологических, самолетных, морских, спутниковых.
Задача этапа сбора и первичного контроля информации гидрометеорологических наблюдений - по данным этих наблюдений сформировать информационную базу для оценки текущего состояния атмосферы.
5.1.2.2 Успешность ЧПП напрямую зависит от качества и полноты исходной информации, полученной с помощью автоматизированных систем обработки данных наблюдений за состоянием атмосферы. Вся информация наблюдений, поступающая в прогностический центр, должна проходить автоматическую первичную обработку, включающую:
- распознавание и раскодирование сообщений;
- первичный контроль данных наблюдений.
5.1.2.3 Цель первичного контроля данных наблюдений состоит в выявлении дублирования и грубых ошибок в имеющейся информации и, по возможности, в их исправлении. Грубые ошибки могут быть обусловлены неисправностью измерительной аппаратуры, погрешностями считывания и обработки показаний приборов, сбоями при передаче и обработке данных.
5.1.2.4 Для выявления грубых ошибок в данных наблюдений следует применять:
- контроль правдоподобия - путем проверки выхода значений за установленные пределы;
- контроль непротиворечивости - путем сопоставления значений нескольких метеорологических параметров в одной точке в один момент времени;
- контроль непрерывности (вертикальной, горизонтальный, временной);
- контроль согласованности (статический контроль, геострофический контроль, контроль согласованности данных наблюдений с климатическими данными и/или результатами предшествующего ЧПП на рассматриваемый срок).
5.1.2.5 Ни один из методов контроля сам по себе не является достаточным. В связи с этим отдельные процедуры контроля должны использоваться совместно.
5.1.2.6 Контроль не может быть абсолютно успешным, поэтому на практике следует стремиться к достижению определенного равновесия между долей необнаруженных ошибок и долей ложных отбраковок или исправлений при всемерном уменьшении количества тех и других.
5.1.3 Объективная оценка текущего состояния атмосферы
5.1.3.1 Для расчетов по гидродинамическим моделям атмосферы необходима информация о текущем состоянии атмосферы и ее подстилающей поверхности. Построение оптимальным образом характеризующих это состояние полей в фиксированный момент времени по нерегулярно расположенным в пространстве и времени данным наблюдений разной степени достоверности является задачей объективного анализа и усвоения гидрометеорологических данных.
5.1.3.2 При обработке информации наблюдений за состоянием атмосферы и ее подстилающей поверхности необходимо учитывать следующие факторы:
- существует значительная неоднородность в освещенности метеорологическими наблюдениями различных районов планеты, а также различных уровней атмосферы по вертикали;
- наблюдения проводятся как в стандартные сроки, установленные ВМО (синоптические наблюдения, радиозондирование), так и в промежуточные периоды (спутниковые, самолетные, радарные наблюдения);
- информация наблюдений поступает от измерительной аппаратуры различных типов, имеющих различную дискретность по времени и точность;
- ошибки наблюдений могут иметь как систематический характер, так и быть пространственно связанными;
- поля различных типов метеорологических параметров имеют различные статистические свойства;
- различные наблюдаемые метеорологические параметры в той или иной степени связаны между собой.
Для расчетов по гидродинамическим моделям атмосферы данные о различных метеорологических параметрах, а также данные на разных высотах должны быть согласованными между собой.
5.1.3.3 При оценке параметров текущего состояния атмосферы для восполнения недостатка информации в слабо освещенных наблюдениями областях в системах объективного анализа и усвоения данных следует использовать данные предшествующего прогноза по физически полным гидродинамическим моделям на текущий момент времени.
5.1.3.4 Подготовка начальных данных для задач ЧПП должна занимать достаточно короткое время с учетом жесткого графика выпуска оперативных прогнозов погоды.
5.1.4 Гидродинамический прогноз полей метеорологических параметров
5.1.4.1 Задача прогноза полей метеорологических параметров с помощью гидродинамических моделей атмосферы заключается в определении будущего состояния атмосферы по заданному начальному состоянию (начальным условиям) и внешним воздействиям (граничным условиям), задаваемым на весь период действия прогноза и отражающим влияние внешней среды на процессы в атмосфере*(2).
5.1.4.2 Математическое моделирование атмосферной циркуляции предполагает формулирование математической модели задачи, разработку алгоритма ее решения и его программную реализацию с учетом особенностей архитектуры используемой вычислительной системы.
5.1.4.3 Используемые в современных технологиях подготовки КПП гидродинамические модели атмосферы должны удовлетворять определенным требованиям с точки зрения полноты формулировки задачи, а именно - необходимо, чтобы лежащая в основе прогностической модели система уравнений была способна воспроизводить нестационарное трехмерное бароклинное атмосферное течение на вращающейся Земле с учетом процессов переноса и преобразований влаги*(3).
5.1.4.4 В прогностической модели должны учитываться основные существенные для прогноза физические процессы. Как минимум в этот перечень должны входить: перенос коротко- и длинноволновой радиации с учетом взаимодействия с облачностью, турбулентная диффузия и процессы перемешивания в планетарном пограничном слое; конвекция, конденсация влаги и образование осадков, взаимодействие с поверхностью суши и океана, термические и гидрологические процессы в поверхностном слое суши.
5.1.4.5 При численной реализации гидродинамических моделей атмосферы необходимо учитывать требования сходимости, вычислительной точности, устойчивости и сохранения интегральных свойств численных решений.
5.1.5 Объективная интерпретация гидродинамических прогнозов полей метеорологических параметров
5.1.5.1 Интересующие потребителей характеристики приземной погоды могут не входить в явном виде в перечень прогнозируемых гидродинамической моделью атмосферы параметров. Для уточнения результатов гидродинамических моделей атмосферы и перехода от рассчитываемых этими моделями переменных к явлениям локального масштаба и элементам погоды следует использовать средства объективной интерпретации выходной продукции гидродинамических моделей*(4):
- статистическую интерпретацию;
- физико-статистическую интерпретацию.
5.1.5.2 При наличии ансамблей прогнозов на основе гидродинамической модели атмосферы их объективную интерпретацию следует дополнить расчетом характеристик степени неопределенности ЧПП (в виде полей характеристик разброса между членами прогностического ансамбля; вероятностей различных прогностических сценариев или в иной форме).
5.2 Информационная база численного прогноза погоды
5.2.1 Информационная база прогноза полей метеорологических параметров с помощью гидродинамических моделей атмосферы должна включать начальные и граничные условия.
5.2.2 Для расчетов по современным гидродинамическим моделям атмосферы требуется, чтобы начальные поля различных метеорологических параметров (в первую очередь давления, температуры воздуха и ветра), а также данные на разных вертикальных уровнях были согласованы между собой.
5.2.3 Информационная база современных методов ЧПП на практике является глобальной. В случаях, когда прогноз осуществляется с помощью региональных гидродинамических моделей атмосферы, глобальная информация опосредованно присутствует через боковые граничные условия.
5.3 Требования к технологической инфраструктуре
5.3.1 Для обеспечения практической ценности прогностической информации ЧПП должны выпускаться с существенным опережением реального времени.
5.3.2 В силу высокой сложности задачи ЧПП ее практическая реализация предъявляет высокие требования к объему, качеству и своевременности поступления исходной информации и к производительности используемых компьютеров. Использование для оперативно-прогностических задач современных гидродинамических моделей атмосферы возможно лишь при хорошо развитом информационнотехнологическом обеспечении центров ГСОДП.
6 Требования к технологии подготовки краткосрочных прогнозов погоды специалистом-прогнозистом
6.1 Роль численных прогнозов погоды и экспертных оценок в технологии подготовки краткосрочных прогнозов погоды
6.1.1 Научно-технический прогресс и развитие вычислительной техники постепенно расширяют возможности и точность автоматизированных объективных методов прогноза погоды. Тем не менее практические требования к прогностической продукции часто выходят за рамки нынешних возможностей технологий ЧПП.