Как в Беларуси будут улучшать методы численного прогноза погоды

Для численного метода прогноза погоды, безусловно, важными факторами являются точность вычисления, полнота прогностической информации и своевременность расчетов. Кроме того, необходимым является программно-техническая архитектура и инфраструктура для расчета и доставки прогноза погоды потребителю. Но все же самым ключевым фактором повышения точности и качества выступают исследования в этой области, а также внедрение новых и более совершенных технологий. О том, каких успехов на этом поприще достигла Беларусь, рассказал начальник отдела численного моделирования прогнозов службы программного обеспечения Белгидромета Руслан Оцабрик.

Программная инфраструктура

"В Белгидромете внедрена и эксплуатируется программная инфраструктура. Для численных расчетов прогноза погоды мы используем мезомасштабную модель численного прогноза WRF-ARW. Она работает на вычислительном кластере. Другие компоненты системы - это элементы, формирующие различные карты, метеограммы и аэрологические диаграммы. С помощью их выполняется расчет опасных явлений, таких как гроза, гололед и туман", - рассказал Руслан Оцабрик.

Он также добавил, что выполняется оценка качества прогнозов. Для этого есть два способа - статистическая оценка и оценка оправдываемости по техническому кодексу установившейся практики.

"Данные прогноза погоды сводятся в прогностическую базу и предоставляются двум видам пользователей - внутренним и внешним. Ключевым элементом информационной инфраструктуры для внутренних пользователей является автоматизированное рабочее место синоптика, где представлены все необходимые данные в виде карт, графиков, диаграмм, схем. Также у нас есть внешние потребители, которые получают информацию о прогнозе погоды в мобильном приложении и через сайт pogoda.by", - подчеркнул специалист.

По его словам, в ходе выполнения союзной программы была выполнена интеграция с системой COSMO-RU, где происходит обоюдный обмен и формирование сопряженных карт.

Какие меры принимаются для повышения качества прогнозов

Как заявил Руслан Оцабрик, работы по повышению качества прогнозов погоды в Беларуси ведутся и будут продолжены дальше, ведь прогресс не стоит на месте. Задействован в этом и отдел численного моделирования прогнозов Белгидромета.

"Сейчас мы принимаем участие в научно-исследовательской работе по разработке автоматизированной системы контроля подготовки ассимиляции геофизических, метеорологических данных высокого пространственно-временного разрешения для региональной численной модели прогноза погоды WRF-ARW. Естественно, целью работы является повышение оправдываемости в том числе краткосрочных прогнозов погоды", - пояснил начальник отдела.

Он подчеркнул, что это исследование выполняется совместно с Институтом природопользования, который предоставил новые данные подстилающей поверхности для их использования в качестве основы для расчета. Также проводятся эксперименты с целью определить, будут ли эти новые данные полезны для улучшения качества прогнозов.

Что уже выполнено

"В отделе численного моделирования прогнозов Белгидромета были созданы четыре технологические схемы для использования предложенной информации. Две из них используют стационарную обновленную базу данных и одна - оперативную базу данных. Последняя обновляется ежедневно по данным спутниковых наблюдений с усреднением в 10 дней. Более того, была выполнена оптимизация системного программного обеспечения кластера, на котором выполняется счет. Это нужно было сделать для того, чтобы не прерывать текущую работу по численному моделированию прогнозов и предоставить данные по рабочей модели синоптикам", - отметил специалист.

По его словам, в ходе выполнения работ был выполнен расчет прогноза погоды за разные периоды года и получена статистическая оценка - результат.

"Так, информация за отдельные дни января интересна с точки зрения изменчивости, поскольку именно в этот период была наибольшая изменчивость температур, а также большое количество осадков в виде снега. Нам известно, что действующая рабочая версия WRF-ARW склонна к занижению температуры в зимнее время. При этом количество случаев с ошибкой более 2 градусов Цельсия уменьшилось. Так, снижение произошло от 11 до 45 процентных пунктов. Это значительный результат", - считает Руслан Оцабрик.

Средняя ошибка - это и есть занижение. Для экспериментальных моделей этот показатель снизился более чем в два раза. Так, в результате экспериментов склонность новой системы к занижению составляет всего 0,86-0,87 градуса. Коэффициент корреляции при этом для прогнозных и фактических значений превысил 0,5.

"Следующая оценка была проведена по прогнозу осадков. Прогноз осадков проводился за весь март 2022 года. Так, доля правильных прогнозов увеличилась от 1 до 4 процентных пунктов. Коэффициент ложных тревог уменьшился от 2 до 4 процентных пунктов. Также увеличилась способность прогноза к различению случаев с осадками и без осадков. Хорошим считается показатель от 0,6 до 0,7. В наших экспериментальных данных мы вплотную приближаемся к этой границе, сейчас наш показатель составляет 0,58", - заявил начальник отдела.

Оценка качества прогнозов по приземному давлению и оправдываемость температуры за летний период

Как сказал специалист, в оценке качества прогнозов по приземному давлению результатов не столь много, но все же они имеются. "В этой области количество случаев с ошибкой от 1,5 до 3 гПа снизилось на 16-38 процентных пунктов. Коэффициент корреляции между прогнозным и фактическим давлением превысил 93% (ранее было 89,6%)", - отметил специалист.

Он напомнил, что ведется не только статистическая оценка, но и оценка оправдываемости по техническому кодексу установившейся практики (ТКП). "За эти же периоды в январе мы выполнили оценку температуры по ТКП. В результате практически все экспериментальные модели показали улучшение. Это же касается и оправдываемости осадков за данный период", - подчеркнул Руслан Оцабрик.

Говоря об оправдываемости температуры за летний период, он отметил, что в данном случае значения достаточно высоки и новые модели по экспериментальным данным значительного улучшения качества прогноза не показали.

"При этом модели, которые работают в основном с шагом сетки 3 км, даже в летний период улучшили свои показатели оправдываемости по осадкам", - акцентировал внимание начальник отдела.

Результаты и планы на будущее

По словам специалиста, в среднем по проведенным экспериментам среднеквадратическая ошибка в зимний период и в ночное время снизилась примерно на 1,2 градуса. В тех же условиях достигнуто повышение оправдываемости по ТКП на 10%. Доля правильных прогнозов по осадкам увеличилась на 4%. Кроме того, исследуемые технологические схемы внедрены в опытную эксплуатацию.

Говоря о планах на будущее, Руслан Оцабрик подчеркнул, что в дальнейшем будет проделана работа по ассимиляции метеорологических данных в мезомасштабную модель WRF-ARW.

"Также у нас в планах повышение скорости расчетов. Поскольку мы внедрили экспериментальные модели, нам потребуется выжать из вычислительной системы максимум. Будем прилагать все усилия, чтобы оптимизировать процессы расчета с точки зрения программ, - подчеркнул начальник отдела.

Он добавил, что в дальнейшем для увеличения качества прогнозов необходимо продолжать исследовать современные достижения и технологии, а также внедрять их в работу. Кроме того, важно привлекать к работе молодых специалистов с соответствующим образованием, проявляющих интерес к данной теме.