УДК 551.509<<2014>>(470.62)
Развитие прогностических технологий для метеорологического обеспечения зимней Олимпиады "Сочи-2014"
Д. Б. Киктев*, Е. Д. Астахова*, Д. В. Блинов*, Р. Б. Зарипов*, А. В. Муравьев*, Г. С. Ривин*, И. А. Розинкина*, А. В. Смирнов*, М. Д. Цырульников*
Зимняя Олимпиада будет проводиться в Сочи в феврале —марте 2014 г. Для района Олимпиады "Сочи-2014" характерны резкие контрасты погоды и ее большая пространственно-временная изменчивость. Сложный горный рельеф и сочетание морских субтропических и альпийских условий в большой степени затрудняют прогнозирование погоды в этом регионе. Хотя для обеспечения Олимпиады важна любая заблаговременность прогнозов, основные потребности для этих спортивных мероприятий связаны с наукастингом и краткосрочным прогнозом погоды. Сложность сочинского региона стимулирует развитие детализированного мезомасштабного моделирования как основы метеорологического обеспечения Олимпиады. Представлены основные направления подготовительных работ, ведущихся в Росгидромете в данной области.
1. Введение
Международный опыт организации метеорологического обеспечения Олимпийских игр свидетельствует, что серьезной угрозой успешному проведению этих спортивных мероприятий являются условия погоды, которые могут привести к сбоям в проведении Олимпиады и стать основанием для отмены соревнований. Своевременное предоставление качественной гидрометеорологической информации важно для организаторов, участников и зрителей Олимпийских и Паралимпийских игр "Сочи-2014", проводимых 8—23 февраля и 7—16 марта 2014 г. соответственно.
Спортивные объекты Олимпиады "Сочи-2014" разделены на прибрежный кластер в Адлере для ледовых видов спорта и горный кластер в Красной Поляне для зимних видов спорта на открытом воздухе. Спортивные ме роп ри я тия в гор ном клас те ре, рас положен ном в 40 км от побережья, особенно зависят от условий погоды. Для региона игр характерны резкие контрасты погоды и ее большая пространственно-временная изменчивость. Горный рельеф и сочетание морских субтропических и альпийских
* Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации; e-mail: kiktev@mecom.ru.
условий осложняют прогнозирование погоды в этом районе. Интенсивность, тип, время начала и окончания осадков, высота нижней границы облаков и видимость, переходы температуры через 0°С и порывы ветра (в меньшей степени) будут критическими факторами погоды для сочинской Олимпиады.
В настоящее время в Росгидромете прилагаются активные усилия для укрепления имеющихся "слабых звеньев" в задействованных на сочинском полигоне технологиях прогноза погоды. Хотя для обеспечения Олимпийских игр важны практически все виды прогнозов, основная работа по развитию прогностических систем для "Сочи-2014" сосредоточена на задачах наукастинга (детализированного прогноза на первые несколько часов), сверхкраткосрочного (до 12 ч) и краткосрочного (до 3 сут) численного прогноза погоды. С 2009 г. Росгидромет является членом международного консорциума COSMO (Consortium for Small-scale Modeling, http:// cosmo-model.org). Планируется, что модель COSMO [1, 3] будет базовой системой мезомасштабного численного прогноза Росгидромета при метеорологическом обеспечении Олимпиады "Сочи-2014".
Практи ка пред ы дущих зим них Олим пий ских игр (Сид ней, Пе кин, Ванкувер) показывает, что при решении задач их гидрометеорологического обес пече ния серь ез ным под спорь ем на ци о наль ным гид роме те о роло ги чес-ким службам в странах проведения соревнований является международная кооперация — международные научные проекты (RDP — Research Development Project) и прогностические демонстрационные проекты (FDP — Forecast Demonstration Project) Всемирной программы метеорологических исследований (ВПМИ) ВМО. Научные проекты ВПМИ нацелены на получение новых знаний и развитие методов прогнозирования. Демонстраци-он ные про гнос ти чес кие проекты ВПМИ орга ни зу ют для пред став ле ния су щес тву ю щих про гнос ти чес ких тех ноло гий и оцен ки эффекта от их применения. Эти проекты позволяют дополнить доступную их организаторам информационную базу, расширяют возможности понимания локальных погодообразующих процессов, способствуют передаче и освоению передо-во го опы та в сфе ре про гнос ти чес ких тех ноло гий. Для Олим пи ады "Сочи-2014" был инициирован международный проект FROST-2014 (Forecast and Research in the Olympic Sochi Testbed), получивший в апреле 2012 г. статус проекта ВПМИ смешанного типа RDP/FDP.
2. Наблюдательная сеть в районе объектов Олимпиады "Сочи-2014"
Для за дач ди аг но за, наукас тин га, усвое ния дан ных для чис лен но го прогноза погоды и верификации результатов прогнозов наблюдательная сеть в районе проведения Олимпиады (рисунок) усилена более чем 40 автоматическими метеорологическими станциями. Помимо температуры, влажности, направления и скорости ветра, интенсивности и типа осадков, ряд станций фиксирует видимость, высоту нижней границы облаков, характеристики радиационного баланса, состояние снежного покрова и т. д.
В конце 2012 г. на горе Ахун введен в эксплуатацию метеорологический доплеровский локатор WRM200 фирмы "Vaisala". В 2013 г. должны стать доступными данные температурно-влажностного профайлера
Сеть метеорологических станций в районе Сочи.
Перевернутыми каплеобразными маркерами показаны точки расположения метеорологических станций. Маркером в виде концентрических окружностей обозначено положение доплеровского локатора в Сочи на горе Ахун. Станции горного кластера олимпийских объектов очерчены окружностью.
HATPRO фирмы "RPG METEK GmbH " (Германия), содара LAP3000 фирмы "Scintec Corporation" (США), двух микродождевых радаров MRR-2 фирмы "METEK GmbH " (Германия) и другие в районе Красной Поляны. Для валидации результатов прогнозов и оценок практической предсказуемости предполагается использовать ряды данных автоматических метеорологических станций с высоким временным разрешением (10 мин и чаще) в точках наблюдений.
3. Реализация технологии наукастинга для района Сочи
Понятие "наукастинг", или детализированный по времени и пространству прогноз на срок до нескольких часов, обычно ассоциируется с экстраполяцией последних тенденций, выявленных в данных метеорологических наблюдений и, в первую очередь, радарных данных. Это связано с тем, что при современном уровне развития систем регионального усвоения данных наблюдений и мезомасштабного моделирования численный прогноз погоды на ближайшие несколько часов чаще всего уступает в точности линейной экстраполяции данных предшествующих наблюдений. В ряде современных систем наукастинга экстраполяция данных наблюдений комбинируется с выходными данными гидродинамических численных прогнозов погоды. Опыт последних лет и, в частности, опыт метеорологического обеспечения олимпиад "Ванкувер-2010" и "Лондон-2012" показывает возрастающую роль численных прогнозов в технологиях наукастинга.
В системах иаукастиига значение разных информационных составляющих может существенно зависеть от местных условий. В горных районах и, в частности, в районе Красной Поляны, где будут проводиться состязания Олимпиады "Сочи-2014", линейная экстраполяция перемещения зон особых явлений погоды может быть сопряжена с существенными ошибками из-за активной роли рельефа в трансформации воздушных потоков. Так, опыт канадского олимпийского проекта SNOW-VIO показывает, что результаты экстраполяции радарных данных имели невысокую информативность. Наилучшие прогнозы на первые несколько часов в Ванкувере продемонстрировала адаптивная методика наукастинга INTW с коротким периодом обучения, основанная на поточечном комбинировании прогнозов по нескольким моделям с последними данными наблюдений [12]. До настоящего времени большая часть систем наукастинга разработана для прогноза летних конвективных явлений и регионов с относительно простой топографией. Мировой опыт зимнего наукастинга разных элементов погоды в горных условиях сегодня весьма скромен. Результаты проекта SNOW-VIO во многом являются пионерскими.
Интересным представляется опыт метеорологического обеспечения Олимпиады "Лондон-2012", где в течение летнего сезона проводилась демонстрация новой экспериментальной системы наукастинга, полностью основанной на технологиях численного моделирования с ежечасным выпуском прогноза с разрешением 1,5 км и четырехмерным вариационным усвоением данных наблюдений широкого спектра. Параллельно функционировала нынешняя оперативная технология наукастинга UKPP с алгоритмом STEPS [6] экстраполяции последовательности радарных данных для полей осадков. На сессии EWGLAM (European Working Group for Limited Area Modeling) в сентябре 2012 г. были продемонстрированы предварительные результаты сравнения наукастинга, основанного на экстраполяции радарных данных, и наукастинга на основе численных прогнозов погоды в период Олимпиады в Лондоне. Даже для равнинного региона традиционный подход уступил по уровню успешности наукастингу осадков на основе численных прогнозов. Можно ожидать, что по мере развития систем регионального усвоения данных и моделирования значение численных прогнозов в системах наукастинга будет увеличиваться.
Воспроизвести для "Сочи-2014" опыт лондонской Олимпиады не удастся из-за недостаточности имеющихся в настоящее время отечественных тех ноло гий и ре сур сов, но пред став ля ет ся возмож ным реали зо вать ка над-ский под ход и тех ноло гию про гно за те ку щей по годы по ре ги о ну Сочи и олимпийским объектам на основе комплексирования учащенных данных наблюдений и разных видов прогностической продукции международного проекта FR0ST-2014.
Для задач наукастинга с использованием данных численных прогнозов важно учащенное обновление прогноза. Предполагается реализовать пересчет прогнозов по модели COSMO для региона Сочи раз в один или в три часа (в зависимости от доступных вычислительных ресурсов) с непрерывным усвое ни ем дан ных на осно ве тех ноло гии "под тал ки ва ния" (nudging) (см. раздел 5) и оценить потенциал такого рода технологии численных прогнозов для задач наукастинга.
4. Численный св
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.