УДК 551.509.314.<<2014>>(470.62)
Обеспечение ансамблевыми прогнозами Олимпиады "Сочи-2014"
Е. Д. Астахова*, А. Монтани**, Д. Ю. Алферов*
Приводится краткое описание систем ансамблевого прогноза, предоставлявших метеорологическую продукцию в вероятностной форме для обеспечения Олимпиады в Сочи в рамках работ по проекту FROST-2014. Подробно обсуждаются системы, подготовленные консорциумом COSMO. Даются предварительные оценки качества прогнозов.
Ключевые слова: ансамблевый прогноз погоды, обеспечение Олимпиады "Сочи-2014", проект FR0ST-2014, модель COSMO, проект CORSO.
1. Введение
Сочинский регион относится к зоне влажных субтропиков и подвержен влиянию незамерзающего Черного моря и отрогов Главного Кавказского хребта. Необходимость подготовки прогнозов погоды для олимпийских объектов, расположенных как на побережье, так и в горах, достаточно крутых и изобилующих узкими ущельями, определяла сложность задачи метеорологического обеспечения Олимпиады "Сочи-2014". Современный подход к прогнозированию погоды в горных регионах предполагает численное моделирование с высоким пространственным разрешением, применение методов наукастинга и ансамблевых технологий. Международный проект FROST-2014, предложенный Росгидрометом в связи с Олимпиадой "Сочи-2014" (далее Олимпиада) и получивший статус прогностического показательного проекта и проекта по научным исследованиям и разработкам Всемирной программы метеорологических исследований (ВПМИ) ВМО, предполагает развитие таких методов и демонстрацию их возможностей [2].
Данная статья посвящена ансамблевым прогнозам погоды, которые являются перспективным методом, позволяющим не только предсказать среднюю эволюцию атмосферы, но и дать оценку вероятностей разных сценариев развития прогностической ситуации, сопроводив прогноз априорной оценкой его качества. Мезомасштабные системы ансамблевого прогноза актив но ис пользуются во многих странах, в основном для прогноз а
* Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации; e-mail: elena_ast_hmc@mail. ru.
**Гидрометеорологическая и климатологическая служба агентства по охране окружающей среды Эмилия-Романьи, Италия.
таких в значительной степени зависящих от местных особенностей и рельефа метеорологических величин, как температура, влажность, скорость ветра в нижних слоях атмосферы, а также количество и тип осадков. В статье дается общая информация о мезомасштабных ансамблевых системах, разработанных или адаптированных для региона Олимпиады в рамках проекта FROST-2014, и подробно обсуждаются системы ансамблевого прогноза, созданные консорциумом COSMO.
2. Ансамблевые системы, представленные в проекте FROST-2014
В рамках проекта FROST-2014 предполагались разработка и усовершенствование систем мезомасштабного ансамблевого прогноза (САП) для региона, где расположены олимпийские объекты, регулярный выпуск вероятностных прогнозов, архивирование и анализ их результатов.
В проекте было представлено шесть ансамблевых систем (таблица), в четырех из которых (COSMO-S14-EPS, LAEF-EPS, GLAMEPS, NMMB-EPS) были использованы модели атмосферы с разрешением 7—11 км, а в двух (COSMO-Ru2-EPS, HarmonEPS) — с разрешением около 2 км, что позволило отказаться от параметризации в них процессов глубокой конвекции. Большая часть систем (5 из 6) была разработана в рамках европейских консорциумов COSMO, ALADIN и HIRLAM, объединяющих ученых разных стран, занимающихся проблемами прогнозирования по ограни чен ной тер ри то рии.
Четыре системы (COSMO-S14-EPS, COSMO-Ru2-EPS, NMMB-EPS, HarmonEPS) были специально реализованы для Сочинского региона на основе уже имевшихся разработок. Для двух САП (австрийская LAEF-EPS и норвежская GLAMEPS) области интегрирования национального оперативного варианта захватывали район Олимпиады.
Наиболее часто в качестве материнской выступала глобальная система ансамблевого прогноза ЕЦСПП (ECMWF EPS). Только в австрийской системе LAEF-EPS возмущения начальных данных, полученные из глобальной сис те мы, не про сто ин тер поли ро вались на сет ку моде ли, а моди фи ци-ровались с учетом результатов регионального усвоения данных. Дополнительное усвоение данных по региону Сочи также выполнялось для контрольного прогноза в системе HarmonEPS. Как в австрийской, так и в обеих нор вежских сис те мах вы полня лось усвое ние дан ных на под сти ла ю щей по вер хнос ти. В сис те ме LAEF-EPS до пол ни тель но вно си лись возму ще ния во влагосодержание почвы и температуру поверхности.
Во всех САП влияние неточности модели атмосферы учитывалось путем применения либо разных моделей, либо разных схем параметризаций процессов подсеточного масштаба или их настроечных коэффициентов.
В сред нем ан сам бли были не ве ли ки (7—17 про гно зов), за ис ключе ни ем системы GLAMEPS с размером ансамбля 54 реализации.
Описание систем ансамблевого прогноза, участвовавших в проекте FROST-2014, приведено в работах [1, 6, 8, 13, 15, 16, 19] и на сайте http:// frost2014.meteoinfo.ru. Основные характеристики систем указаны в таблице.
Зимой 2013/14 г. ансамблевые прогнозы для региона Сочи регулярно выпускались по всем шести САП дважды в сутки (по данным в исходные
Характеристики ансамблевых систем, представленных в проекте FROST-2Q14
Название системы/консорциум /центр ( страна) to, ч ВСВ т/А t, ч Разрешение модели, тип сетки N Материнская система, возмущения начальных, граничных условий и модели Период доступных прогнозов на сайте проекта
COSMO-S14-EPS /COSMO 0, 72/3 7 км, L40, 10 ECMWF EPS, multi-physics 21 XII 2011 г.— 28 V 2014 г.
/ARPA-SIMC (Италия) 12 Rot Lat-Lon
GLAMEPS /HIRLAM-ALADIN 6, 54/3 11 км, L37-91, 54 ECMWF EPS, разные модели, 22 X 2012 г. —31 III 2014 г.
/МЕТ Norway (Норвегия) 18 Rot Lat-Lon стохастическая физика, SurfAss для всех прогнозов
LAEF-EPS/ALADIN 0, 72/3 11 км, L45, 17 ECMWF EPS + региональные 17 IX 2013 г. — 9 IV 2014 г.
/ZAMG (Австрия) 12 интерполяция на Lat-Lon 7 км возмущения, усвоение Ti, RH2, multi-physics, возмущение Ws, Ts
NMMB-EPS 0, 72/3 1 км, L60, 7 GEFS, multi-physics 19 II 2013 г.—9 VI 2013 г.,
/NCEP (США) 12 Lat-Lon 13 IX 2013 г. — 25 1112014 г.
COSMO-Ru2-EPS/COSMO 0, 48/1 2,2 км, L50, 10 COSMO-S14-EPS 112013 г.— 28 II 2013 г.,
/Гидрометцентр (Россия) 12 Rot Lat-Lon 12X12013 г.—27 V 2014 г.
HarmonEPS/HIRLAM-ALADIN 6, 36/1 2,5 км, L65, 13 ECMWF EPS, 3DVar по региону 15 12014 г.—31 1112014 г.
/МЕТ Norway (Норвегия) 18 Lamb для контрольного прогноза, SurfAss для всех прогнозов
Примечание. — исходный срок прогноза; т, Л^ — максимальная заблаговременность и частота выдачи прогноза; N— размер ансамбля; ЕаИ^оп — широтно-долгот-
ная сетка; Rot Lat-Lon — повернутая шпротно-долготная сетка; Lamb — ламбертова проекция; L — число уровней по вертикали; Т-i и RH-i — температура и относитель-
ная влажность на высоте 2 м; Ws, Ts — влагосодержанне почвы и температура поверхности; multi-physics — разные схемы параметризаций и их параметры; SurfAss —
усвоение данных на поверхности
сроки 6 и 18 ч ВСВ норвежским центром и 0 и 12 ч ВСВ всеми остальными центрами). Вычисления проводили сотрудники Норвежского метеорологического института (MET Norway), Гидрометеорологической и климатологической службы агентства по охране окружающей среды Эмилия-Ро-маньи (ARPA-SIMC, Италия), Национальных центров по прогнозам окружающей среды (NCEP, США), Центрального института метеорологии и геодинамики (ZAMG, Австрия) и Гидрометцентра России на имеющейся в их распоряжении компьютерной технике. Готовые прогнозы передавались в Гидрометцентр России, где они архивировались на сервере проекта FROST-2014, а также представлялись в графическом виде и доставлялись потребителям. Несмотря на то что ансамблевые прогнозы с разрешением около 2 км (норвежские и российские) подготавливалась в эксперимен-таль ном ре жи ме в основ ном для ис следо вате льских це лей, их продукция была ежедневно доступна синоптикам во время Олимпиады.
Ряд продуктов ансамблевых систем подвергался постпроцессинговой обработке. Используя данные наблюдений в Сочинском регионе, Норвежский ме те о роло ги чес кий ин сти тут до пол ни тель но под готав ли вал калиб ро-ванные и ежечасно обновляющиеся прогнозы для 31 станции по системе GLAMEPS. Средние по ансамблю LAEF-EPS прогнозы температуры на высоте 2 м корректировались в Гидрометцентре России на разность высоты модель но го узла и стан ции на блюде ний с уче том сред не го верти каль-ного градиента в тропосфере.
По итогам работ был создан архив, включающий в себя поля основных метеорологических величин (температуры, влажности, ветра в приземном слое атмосферы, осадков разного типа, давления, приведенного к уровню моря, и т. д.), полученные во всех прогнозах рассмотренных выше ансамблевых систем. Этот архив размещен на сервере проекта FROST-2Ü14 и доступен мировому сообществу. Использование данных архива может оказаться весьма полезным для исследований в области ансамблевого прогнозирования, в частности, для оценки роли размера ансамбля, разрешения используемых моделей, метода возмущения начальных и граничных данных, возможности улучшения качества прогнозов в результате объединения ансамблей и т. д. По структуре и возможностям применения архив аналогичен создаваемому в рамках проекта TIGGE-LAM (http://www.smr. arpa.emr.it/tiggelam).
3. Системы ансамблевого прогноза консорциума COSMO
Консорциум по мезомасштабному моделированию COSMO (COnsortium for Small-scale MOdeling) объединяет Германию, Швейцарию, Италию, Грецию, Польшу и Россию. Дважды за последнее десятилетие страна — член консорциума принимала зимние Олимпийские игры.
Уче ные кон сор ци ума актив но учас тво вали в ра ботах по обес пече нию Олимпиады "Сочи-2014" качественной прогностической информацией, а также в исследованиях, призванных улучшить понимание эволюции атмосферы в горных областях и усовершенствовать прогностические технологии. Для координации и оптимизации такой деятельности был организован приоритетный проект CORSO (Consolidation of Operation and Research results for the Sochi Olympic games) [17],
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.