Технология глобального сезонного метеорологического прогноза, основанная на модели общей циркуляции

атмосферы (ГГО), и результаты совместных испытаний технологии ГГО (модель T42L14) и двух технологий

глобального сезонного метеорологического прогноза Гидрометцентра России (модели ПЛАВ и T41L15)

Докладчики: Мирвис В.М. , Мелешко В.П.

Руководитель: Д.ф.-м. н. Мелешко В.П.Исполнители: к.г.н. Мирвис В.М., к.г.н. Львова Т.Ю., к. ф.-м. н. Матюгин В.А. , Гаврилина В.М.

Оценка модельного климата -

исторические прогнозы за 1982-2004г. по

данным Реанализа I (NCEP/NCAR)

Начальноесостояние:OA (ГМЦ РФ)+ 6 возмущ. сост.

Период 3 месяца

4 сут.

Технология сезонного метеорологического прогноза

МОЦА T42L14

ОКЕАН Начальная аномалия SST

Прогностические

поля (2.52.5):20*4=80 полей

Средние за 1, 2, 3-й мес. и сезон аномалии (отклонения от модельного климата): Н-500, SLP, T-850, T2m, Prec.

Прогностические вероятности 3-х градаций: (<N, N, >N)

Программа оперативных испытанийПериод испытаний: 2008-2009 г (24 прогноза)

Прогностические величины: 80 глобальных полей

Критерии оценки: RMSE, AC, MSSS,

для вероятностных прогнозов: ROC (COX)

Регионы: Тропики 20°с.ш. - 20°ю.ш.;

Северные экстра-тропики 20°-90°с.ш.;

Россия 30°-180°в.д., 50°-70°с.ш.

Эталонные массивы данных:

Реанализ-2 NCEP/NCAR - для H500, MSLP, T850 и T2m

Архив CAMS_OPI (NCEP CPC) - для осадков

Период оценки эталонного климата

1979-2003 гг. (25 лет),

по осадкам – за 1979-2004 (26 лет)

Оценки оперативных прогнозов

24 прогноза, 2007-2008 гг.

Сравнение RMSE (20-90 с.ш.)

1 мес. 2 мес. 3 мес. Сезон0

2

4

6

8

RM

SE, d

km

1 мес. 2 мес. 3 мес. Сезон0

1

2

3

RM

SE, g

rad.

1 мес. 2 мес. 3 мес. Сезон0

2

4

6

8

RMSE

, гПа

1 мес. 2 мес. 3 мес. Сезон0

2

4

6

8

10

RM

SE, g

rad.

1 мес. 2 мес. 3 мес. Сезон02468

10121416182022

RM

SE*м

лн, k

g/m

*m*s

ec

H-500 T-850

SLPT-2m

Осадки

ПЛАВ, ГМЦ

T41L15, ГМЦ

T42L14, ГГО

методы (модели)

Сравнение АС (20-90 с.ш.)H-500 T-850

SLPT-2m Осадки

ПЛАВ, ГМЦ

T41L15, ГМЦ

T42L14, ГГО

методы (модели)

1 мес. 2 мес. 3 мес. Сезон-10

0

10

20

30

AC*1

00,

H-50

0

1 мес. 2 мес. 3 мес. Сезон-10

0

10

20

30

AC

*100

, SL

P

1 мес. 2 мес. 3 мес. Сезон-10

0

10

20

30

AC

*100

, T-

850

1 мес. 2 мес. 3 мес. Сезон-10

0

10

20

30

AC

*100

, T2m

1 мес. 2 мес. 3 мес. Сезон-10

0

10

20

30

AC

*100

, оса

дки

1 м е с . 2 м е с . 3 м е с . Се з о н

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12 T-с

т. H-5

00 (RM

SEm

g-R

MSEpl)

1 м е с . 2 м е с . 3 м е с . Се з о н

-1 0

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

1 0

1 2

T-с

т.S

LP (RM

SEm

g-R

MSEpl)

1 м е с . 2 м е с . 3 м е с . Се з о н

-1 0

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

1 0

1 2

T

-ст. T-8

50 (RM

SEm

g-R

MSEpl)

1 м е с . 2 м е с . 3 м е с . Се з о н

-1 0

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

1 0

1 2

T

-ст. T2m

(RM

SEm

g-R

MSEpl)

1 м е с . 2 м е с . 3 м е с . Се з о н

-1 0

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

1 0

1 2

T-с

т.О

садки (R

MSEm

g-R

MSEpl)

1 м е с . 2 м е с . 3 м е с . Се з о н

-1 0

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

1 0

1 2 T-с

т. H-5

00 (RM

SEm

g-R

MSEcl)

1 м е с . 2 м е с . 3 м е с . Се з о н

-1 0

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

1 0

1 2

T-с

т.S

LP (RM

SEm

g-R

MSEcl)

1 м е с . 2 м е с . 3 м е с . Се з о н

-1 0

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

1 0

1 2 T

-ст.T

-850 (RM

SEm

g-R

MSEcl)

1 м е с . 2 м е с . 3 м е с . Се з о н

-1 0

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

1 0

1 2 T

-ст. T2m

(RM

SEm

g-R

MSEcl)

1 м е с . 2 м е с . 3 м е с . Се з о н

-1 0

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

1 0

1 2

T-с

т.О

садки (R

MSEm

g-R

MSEcl) Се в .по л уш.

Р о с с ия

Тр о пики

Н - 5 0 0

S L P

T - 8 5 0

T - 2 m

О с а д к и

Значимость различий RMSE

ГГО –

ГМЦ, ПЛАВГГО –

Климат

Н-500

SLP

T-850

T-2м

Осадки

1 мес. 2 мес. 3 мес. Сезон-10

0

10

20

30

40

50

60

AC

*100

, T2m

1 мес. 2 мес. 3 мес. Сезон-10

0

10

20

30

40

50

60

AC

*100

, T2m

1 мес. 2 мес. 3 мес. Сезон-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

MS

SS

, %

ПЛАВ, ГМЦ

ГМЦ+ГГОT42L14, ГГО

Результат комплексации прогнозов Т2м ГМЦ(ПЛАВ) и ГГО(T42L14)

внетропич.зона сев.полуш. Россия

1 мес. 2 мес. 3 мес. Сезон-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

MS

SS

, %

1 мес. 2 мес. 3 мес. Сезон-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

MSS

S, %

Тропики

1 мес. 2 мес. 3 мес . Сезон-10

0

10

20

30

40

50

60

AC

*100

, T2m

1 мес. 2 мес. 3 мес. Сезон-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

MS

SS

, %

1 мес. 2 мес. 3 мес. Сезон-240-220-200-180-160-140-120-100

-80-60-40-20

0

MSS

S, %

1 мес. 2 мес. 3 мес. Сезон-10

0

10

20

30

40

50

60

AC

*100

, оса

дки

1 мес. 2 мес. 3 мес. Сезон-10

0

10

20

30

40

50

60

AC

*100

, оса

дки

Результат комплексации прогнозов осадковГМЦ(ПЛАВ) и ГГО(T42L14)

внетропич.зона сев.полуш. Россия

1 мес. 2 мес. 3 мес. Сезон

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

MS

SS

, %

1 мес. 2 мес. 3 мес . Сезон-10

0

10

20

30

40

50

60

AC

*100

, оса

дки

Тропики

Оценки исторических прогнозов ГГО

1982-2003 гг.

Сравнение оперативных и исторических прогнозов Т-2м на территории России

1 ì åñ. 2 ì åñ. 3 ì åñ. Ñ åçî í0

10

20

30

40

50

1 ì åñ. 2 ì åñ. 3 ì åñ. Ñ åçî í0

10

20

30

40

50

1 ì åñ. 2 ì åñ. 3 ì åñ. Ñ åçî í0

1

2

3

2007-2008

1982-2004

RMSE

AC*100 RO*100

Оценки MSSS исторических прогнозов ГГО аномалий Т2м

Период

прогноза

I

I-III

II

II-IV

III

III-V

IV

IV-VI

V

V- VII

VI

VI- VIII

VII

VII- IX

VIII

VIII- X

IX

IX- XI

X

X -XII

XI

XI -I

XII

XII -II

Все

прогнозы

Тропики

1 мес. 28.1 35.3 30.4 29.6 28.9 24.9 16.9 21.2 25.7 26.2 24.2 20.8 30.5

Сезон 16.2 24.0 15.8 17.6 13.0 -3.0 -12.1 2.4 13.2 10.5 6.4 11.1 15.7

Северные экстра-тропики

1 мес. 24.6 11.6 26.2 19.5 21.3 18.1 9.6 19.8 19.6 10.7 21.9 7/0 21.4

Сезон 8.7 4.9 19.7 10.3 4.7 -16.0 -17.0 -5.3 -7.5 -8.1 -8.9 -12.8 1.9

Россия

1 мес. 37.7 25.2 12.8 4.3 15.5 21.0 13.1 -4.6 23.0 35.8 6.0 -20.1 18.1

Сезон 23.3 17.5 12.4 5.4 16.3 6.7 -6.4 -22.6 -17.8 11.8 -0.3 -29.9 11.1

T-статистика для разностей RMSE-RMSEclT-2м, Россия

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

-4

-2

0

2

4месяцы (1й месяц сезона)

AC*100, Т2м (Россия)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-20

-10

0

10

20

30

40

50

Временная корреляция в прогнозах T2м, сезон: февраль-апрель

3 7

5 14 4

7 08 7

8 67 2

5 95 4

5 9

4 9

6 0

6 05 5

6 06 0

6 7

5 54 5

5 5

5 1

4 2 4 85 1

5 95 5

5 1

5 6

- 1 1- 1 3

- 2 55 05 2

5 3

5 2

6 5

4 8

3 1

7 6

6 56 0

- 4

5 4

5 2

- 1 6

4 3

4 2 6 1

3 7

5 3

3 8

3 9

1 0

3 8

3 6

1 32 7

3 1

2 4 3 4

2 9

2 1

- 2 0

1 4

- 1 5

2 2

1 6

1 1

1 5 3 8

02-043 7

5 65 5

6 17 7

7 96 7

5 25 3

5 0

4 5

6 2

5 85 1

5 44 8

5 6

4 94 6

5 5

5 3

5 7 5 35 1

7 25 5

5 7

6 8

2 25 9

- 54 65 2

6 2

6 6

7 2

5 5

4 3

7 3

6 85 5

2 0

5 5

6 0

2 4

4 4

5 2 5 8

3 5

4 3

4 4

5 9

3 3

6 3

5 7

4 01 2

4 4

4 8 6 4

3 7

2 6

0

5 2

9

7

2 8

3

7 1 8

02 (1-й мес.)

-10

-46

644

3225

15-3

16

7

31

2115

1233

34

1614

13

6

8 3824

2926

19

26

-249

232120

29

22

33

27

32

29

3813

6

29

21

5

4

8 17

-2

10

-10

-8

16

-4

-8

-623

-2

-10 -11

-2

-13

27

6

36

23

-20

20

50 56

03 (2-й мес.)

- 5

1 21 5

1 33 2

2 42 5

2 83 1

3 8

2 5

1 7

1 41 5

2 83 0

3 3

1 92 1

1 5

2 5

- 5 1 62 7

- 1- 9- 1 6

- 1 7

- 9- 1

- 1 345

- 8

- 1 8

1 5

6

3

3 7

2 33 4

- 7

- 1 3

- 5

- 1 4

- 1 1

8 2 5

- 2 1

2 2

- 5

1 8

- 6

1

- 5

- 3 5- 7

1

3 6 1 9

3 8

- 3 4

- 3 9

7

- 2 6

- 6

3 0

1 1

- 1 6 1 0

04 (3-й мес.)

1980 1985 1990 1995 2000 2005-4-3-2-1012345

Санкт-Петербург

Прогн. аном. T2m

Наблюдения

MSSS в сезонных прогнозах T 2m (по данным 70 станций)

-20

-10

0

10

20

30

fma mam amj mjj jja jas aso son ond ndj djfjfm

1 мес.

2 мес.

3 мес.Сезон

AC*100,T2м (Россия) все сезоны

XII-II

I-III

II-IV

III-V

IV-VI

V-VII

VI-VIII IX-XI

VIII-X

VII-IX X-XII

XI-XII

3 7

5 14 4

7 08 7

8 67 2

5 95 4

5 9

4 9

6 0

6 05 5

6 06 0

6 7

5 54 5

5 5

5 1

4 2 4 85 1

5 95 5

5 1

5 6

- 1 1- 1 3

- 2 55 05 2

5 3

5 2

6 5

4 8

3 1

7 6

6 56 0

- 4

5 4

5 2

- 1 6

4 3

4 2 6 1

3 7

5 3

3 8

3 9

1 0

3 8

3 6

1 32 7

3 1

2 4 3 4

2 9

2 1

- 2 0

1 4

- 1 5

2 2

1 6

1 1

1 5 3 8

02-04

MSSS сезонных прогнозов T2м

XII-II

I-III

II-IV

III-V

IV-VI

V-VII

VI-VIII IX-XI

VIII-X

VII-IX X-XII

XI-XII

T- статистика для разностей RMSE-RMSEclОсадки, Россия

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20месяцы (1й месяц сезона)

AC*100, Осадки (Россия)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-20

-10

0

10

20

30

40

50

T-статистика для разностей RMSE-RMSEcl(3 региона)

С е в е р н о е п о л у ш а р и е Р о с с и я Т р о п и к и

H - 5 0 0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

-4

-2

0

2

4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

-4

-2

0

2

4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

-4

-2

0

2

4

S L P

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

-4

-2

0

2

4

6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

-4

-2

0

2

4

-4

-2

0

2

40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

T - 8 5 0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

-4

-2

0

2

4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

-4

-2

0

2

4

-4

-2

0

2

40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

T - 2 м

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

-4

-2

0

2

4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

-4

-2

0

2

4

-6

-4

-2

0

2

40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

О с а д к и

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

200 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 мес.

2 мес.

3 мес.

Сезон

AC*100 (3 региона)

С е в е р н о е п о л у ш а р и е Р о с с и я Т р о п и к и

H - 5 0 0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-20

-10

0

10

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-20

-10

0

10

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-20

-10

0

10

20

30

40

50

S L P

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-20

-10

0

10

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-20

-10

0

10

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-20

-10

0

10

20

30

40

50

T - 8 5 0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-20

-10

0

10

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-20

-10

0

10

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-20

-10

0

10

20

30

40

50

T - 2 м

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-20

-10

0

10

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-20

-10

0

10

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-20

-10

0

10

20

30

40

50

О с а д к и

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-20

-10

0

10

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-20

-10

0

10

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-20

-10

0

10

20

30

40

50

1 мес.

2 мес.

3 мес.

С езон

Оценки вероятностных прогнозов

1982-2003 гг.

Сравнительная оперативная характеристика прогнозов ГГО сезонных аномалий T2м (1982-2004)

Северные экстратропики Тропики

<N >N N Все градации

Доля ложных тревог (FAR)Доля ложных тревог (FAR)

Доля

точн

ых

прог

нозо

в (H

R)

Доля

точн

ых

прог

нозо

в (H

R)

Cравнительные оценки AROC прогнозов ГГО аномалий T2m за два периода

Период Ниже нормы Норма Выше нормы Все градации

2007-08 1982-2004 2007-08 1982-2004 2007-08 1982-2004 2007-08 1982-2004

Тропики

1 мес. 0.758 0.749 0.600 0.604 0.750 0.751 0.720 0.706

2 мес. 0.718 0.700 0.551 0.568 0.697 0.701 0.667 0.659

3 мес. 0.661 0.671 0.528 0.550 0.657 0.667 0.624 0.632

Сезон 0.728 0.730 0.567 0.587 0.715 0.727 0.682 0.684

Северные экстра -тропики 1 мес. 0.686 0.691 0.556 0.549 0.680 0.693 0.675 0.643

2 мес. 0.621 0.605 0.528 0.518 0.597 0.608 0.613 0.568

3 мес. 0.599 0.581 0.509 0.511 0.576 0.584 0.591 0.551

Сезон 0.656 0.656 0.544 0.534 0.641 0.663 0.658 0.614

Россия 1 мес. 0.607 0.667 0.532 0.524 0.628 0.662 0.660 0.611

2 мес. 0.549 0.561 0.524 0.505 0.539 0.552 0.584 0.519

3 мес. 0.505 0.533 0.496 0.503 0.538 0.535 0.566 0.505

Сезон 0.539 0.618 0.546 0.511 0.572 0.623 0.656 0.568

Сравнительная оперативная характеристика (ROC)прогнозов сезонных аномалий Т2м

ГГО ГМЦ

Ансамбль

Сравнительная оперативная характеристика (ROC)прогнозов ГГО месячных и сезонных аномалий Т2м (1982-2004)

Сравнительная оперативная характеристика (ROC)прогнозов ГГО месячных и сезонных аномалий Prec. (1982-2004)

Диаграмма надежности вероятностных прогнозов сезонных аномалий Т-2м на территории России

ГГО

Прогностические вероятности

Наб

люда

емы

е ча

стот

ы

Диаграмма надежности вероятностных прогнозов сезонных аномалий Т-2м на территории России

ГМЦ

Диаграмма надежности вероятностных прогнозов сезонных аномалий Т-2м на территории России

Ансамбль

Основные выводы

Показатели успешности прогнозов на месяц и сезон по моделям ГГO (T42L14) и ГМЦ (ПЛАВ) за период испытаний во внетропических широтах различаются в целом незначительно. В тропиках успешность прогнозов ГГО была заметно выше. Прогнозы приземной температуры воздуха на сезон по России превосходили по качеству прогнозы ГГО. Успешность прогнозов по модели ГМЦ T41L15 в большинстве случаев заметно уступала двум другим методам.

Успешность прогнозов аномалий приземной температуры воздуха во внетропических широтах и на территории России превышала успешность климатического прогноза на 1-й месяц и на сезон в целом.

Точность прогнозов количества осадков не превышала точности климатических прогнозов.

Эффективным оказалось построение мультимодельного прогноза, основанного на прогнозах по моделям T42L14 (ГГО) и ПЛАВ (ГМЦ).

ROC прогнозов сезонных аномалий T2м (Россия)

ГМЦ

ГГО

Ансамбль