Санкт-Петербург, 7-9 июля 2014 Астахова Е.Д., VII Всероссийский Метеорологический съезд 1. - презентация

1 Санкт-Петербург, 7-9 июля 2014 Астахова Е.Д., VII Всероссийский Метеорологический съезд 1

2 Санкт-Петербург, 7-9 июля 2014 Астахова Е.Д., VII Всероссийский Метеорологический съезд 2 План презентации Ансамблевый подход: основы и необходимость Мировые тенденции развития ансамблевых систем прогноза Глобальная система ансамблевого прогноза Гидрометцентра России Мезомасштабная система ансамблевого прогноза для обслуживания Олимпиады в Сочи

3 Санкт-Петербург, 7-9 июля 2014 Астахова Е.Д., VII Всероссийский Метеорологический съезд 3 Принципиальная неопределенность прогнозов погоды Наблюдения Усвоение данных наблюдения Модель атмосферы Интерпретация результатов Различия анализов ГМЦ и NCEP Цырульников,2014 Из-за хаотической природы атмосферы и нелинейности ее динамики мелкомасштабные ошибки могут влиять на крупномасштабные процессы и возрастать со временем (по-разному в разных ситуациях) Заблаговременность прогноза Истинная и прогностическая эволюция состояния атмосферы

4 Санкт-Петербург, 7-9 июля 2014 Астахова Е.Д., VII Всероссийский Метеорологический съезд 4 Учет источников неопределенности прогноза в ансамблевых системах ВМО: ПРОГНОЗ НЕ МОЖЕТ БЫТЬ ПОЛНЫМ БЕЗ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ ЕГО НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ Рекомендации по предоставлению данных о неопределенности прогнозов WMO/TD No.1422, 2008 ( Неопределенность данных об исходном состоянии атмосферы (брендинг, ETKF, ансамблевые трансформации,сингулярные вектора, ансамблевое усвоение) Неопределенность данных о состоянии поверхности Земли (ансамблевое усвоение, варьирование характеристик поверхности) Неопределенность за счет несовершенства модели атмосферы (мультимодельность, вариации параметризации, SPPT, SKEB ) Различные прогностические реализации ансамбля H500, T850, f+120 САП ГМЦ

5 Санкт-Петербург, 7-9 июля 2014 Астахова Е.Д., VII Всероссийский Метеорологический съезд 5 Активизация исследований в области ансамблевого прогноза и ансамблевого усвоения данных 5 Ensemble Forecast Ensemble Data Assimilation Ensemble Kalman Filter Число статей, в аннотации к которым содержатся указанные слова, в журналах AMS за год. Источник: C.Muroi and C.Reynolds, 2014,WGNE29

6 Санкт-Петербург, 7-9 июля 2014 Астахова Е.Д., VII Всероссийский Метеорологический съезд 6 Оперативные системы глобального ансамблевого прогноза CenterResolutionsFC RangeMembersInitial perturbationModel UncertaintyB.C. ECMWF (Europe) TL639L62 TL319L62 10d +5d 51SV(Total energy norm) + EnDA SKEB and Stochastic physicscoupling to ocean model, EDA-based land-surface pert Met Office (UK) ~60kmL70 ~22kmL70 15d 3d ETKFRandom Parameters (RP2) and SKEB2. N Meteo France (France) TL538(C2.4) L65 4d35SV (Total Energy Norm)+ EnDA different packages, randomly used N HMC (Russia) T169L31 +SLAV 0.72x0.9L28 10d14bred vector methodNN NCEP (USA) T254L42 T190L42 8d +8d 45Ensemble Transform with Rescaling stochastic perturbation to account for random model errors N Navy/FNMOC/ NRL(USA) T159L4216d20local ensemble transform with transform performed in 9 latitude bands NN CMC (Canada) 0.6° L7416d20Ensemble Kalman Filterstochastic Perturbation of Physical Tendencies and stochastic Kinetic Energy Backscatter. N CPTEC/INPE (Brazil) T126 L2815d15EOF-based perturbationNN JMA (Japan) TL479 L6011d27SV(Total energy norm)Stochastic perturbation of physics tendency N CMA (China)T213 L3110d15bred vector methodNN KMA (Korea) ~40kmL7010d24ETKFRandom Parameters (RP2) and SKEB2. N

7 Санкт-Петербург, 7-9 июля 2014 Астахова Е.Д., VII Всероссийский Метеорологический съезд 7 Основные тенденции развития ансамблевых прогнозов погоды в мире Ансамблевые методы становятся основным методом численных прогнозов погоды Возрастает интерес к методам учета несовершенства модели Разработка методов учета неопределенности начальных данных, способных точнее отразить ошибки анализа (использование ансамблевого фильтра Калмана и ансамблевого усвоения данных) В оперативных системах начинают учитываться неточности данных на поверхности (ECMWF) Активное развитие методов статистического постпроцессинга, использование ретроспективных прогнозов Разработка и оперативное использование ансамблевых систем с разрешением 2-3 км (без параметризации конвекции) (COSMO-DE- EPS, COSMO-Ru2-EPS, MOGREPS-UK) Развитие мультимодальных систем (NAEFS,TIGGE, TIGGE-LAM, NOAA SREF, AEMET-SREPS, SESAR)

8 Санкт-Петербург, 7-9 июля 2014 Астахова Е.Д., VII Всероссийский Метеорологический съезд 8 Ансамблевые системы прогноза погоды Гидрометцентра России Глобальная система RHMC-EPS Мезомасштабная система COSMO-Ru2-EPS Назначение Краткосрочный и среднесрочный прогноз Краткосрочный прогноз Обслуживание Олимпиады 2014 Область прогноза Глобус Район Олимпиады 2014 Горизонтальное разрешение T169, 0.9˚ x0.72˚ (~70-75 км) 2.2 км Число вертикальных уровней 3150 Размер ансамбля 1410 МодельСМА, ПЛАВ2008COSMO Прогноз 240 час (12 UTC)48 hours (00, 12 UTC) Начальные/граничные условия Глобальный анализ Гидрометцентра России COSMO-S14-EPS Сочи

9 Санкт-Петербург, 7-9 июля 2014 Астахова Е.Д., VII Всероссийский Метеорологический съезд 9 Система глобального ансамблевого прогноза ОА Предыдущие 12-часовые прогнозы Контрольный прогноз по ПЛАВ2008 Контрольный прогноз по СМА Возмущенные начальные данные Возмущенные прогнозы по СМА Начальные данные Ансамблевый постпроцессинг Верификация Визуализация Бридинг Норма: полная энергия Региональное масштабирование T,pmsl,u,v Оперативные испытания SGI Altix 4700 Itanium GHz, NUMALink, 1664 PEs, Peak 11 Tflops

10 Санкт-Петербург, 7-9 июля 2014 Астахова Е.Д., VII Всероссийский Метеорологический съезд 10 Продукция глобальной системы ансамблевого прогноза Ансамблевые метеограммы Прогноз от 18 сентября 2013 г на 72 часа Случай сильных дождей в Москве Pr24>10 мм/сут Pr24>25 мм/сут Среднее и разброс Веерные диаграммы pr pmsl T2m Sept 24 Sept 26 Sept 28 Sept pmsl Карты вероятности Карты «Спагетти»

11 Санкт-Петербург, 7-9 июля 2014 Астахова Е.Д., VII Всероссийский Метеорологический съезд 11 Система верификации ансамблевого прогноза (расчет вероятностных оценок) События и пороговые значения выбраны в соответствии с рекомендациями Ведущего центра по верификации систем ансамблевого прогноза Пороговые значения : для аномалий H500, T850, pmsl : более 1, 1.5, 2 СКО и менее -1, -1.5, -2 СКО для суточных сумм осадков: более 1, 5, 10 и 25 мм для скорости ветра на уровне 10 м и 850 г Па: более 10, 15, и 25 м/с. Примеры вероятностных оценок для февраля 2014 с сайта

12 Санкт-Петербург, 7-9 июля 2014 Астахова Е.Д., VII Всероссийский Метеорологический съезд 12 Временные ряды оценки Брайера для разных центров, H500 > 1 СКО ГМЦЕЦСПП Оценки ГМЦ занимают промежуточное положение: хуже ЕЦСПП,но лучше СPTEC CPTECКМА

13 Санкт-Петербург, 7-9 июля 2014 Астахова Е.Д., VII Всероссийский Метеорологический съезд 13 Среднеквадратическая ошибка прогнозов T850 по Северному полушарию как функция заблаговременности – (400 дней) 12 UTC

14 Санкт-Петербург, 7-9 июля 2014 Астахова Е.Д., VII Всероссийский Метеорологический съезд 14 COSMO-S14-EPS COSMO-RU2-EPS Организация системы мезомасштабного ансамблевого прогноза для территории Сочинского региона Работа выполнена совместно с ARPA-SIMC (Italy) в рамках проектов COSMO CORSO и WWRP FROST2014

15 Санкт-Петербург, 7-9 июля 2014 Астахова Е.Д., VII Всероссийский Метеорологический съезд 15 ECMWF EPSCOSMO-S14-EPS (run at ECMWF) COSMO-RU2-EPS (run at Roshydromet) Pазрешение (км)~ Число уровней Длина прогноза (ч) Размер ансамбля Время начала прогноза 00/12 UTC Начальные и граничные условия Сингулярные вектора + ансамблевое усвоение Интерполяция специально отобранных прогнозов ECMWF EPS Интерполяция COSMO- S14-EPS Возмущения моделиSPPTВозмущения параметризации Конвекция Параметризация Явно Характеристики ансамблевых систем ECMWF, ARPA-SIMC,ГМЦ COSMO-S14-EPS COSMO-RU2-EPS ECMWF EPS

16 Санкт-Петербург, 7-9 июля 2014 Астахова Е.Д., VII Всероссийский Метеорологический съезд 16 Визуализация и верификация ансамблевых прогнозов Ансамблевые метеограммы Веерные диаграммы Примеры верификации с помощью программного комплекса VERSUS (янв 2013) ROCA=0.906 ROC. f+24.T2m>0CДиаграмма Талаграна f+24. Pr> 0.01 мм/3 ч Cost/Loss ratio f+24.T2m>0C

17 Санкт-Петербург, 7-9 июля 2014 Астахова Е.Д., VII Всероссийский Метеорологический съезд 17 Случай сильных осадков: дождь начался 7 янв в 12 ВСВ Initial time: 00 UTC UTC UTC UTC UTC km 2.2 km COSMO-S14-EPS COSMO-RU2-EPS Aibga Вероятность суммарных осадков более 10 мм/12h Правильно предсказан момент начала осадков и их интенсивность. Более детальный прогноз по COSMO-RU2-EPS В Аибге 12 мм/12 ч

18 Санкт-Петербург, 7-9 июля 2014 Астахова Е.Д., VII Всероссийский Метеорологический съезд 18 Что произойдет в ближайшие годы в мире? Оперативные глобальные ансамбли с разрешением ~ км (UKMO: км в , ECMWF:~20км (T1023) в 2015) Региональные ансамбли с разрешением ~ 10 км со своей системой усвоения данных Оперативные ансамблевые системы с разрешением 2-3 км ( COSMO-DE-EPS, MOGREPS-UK, AROME- EPS 2.5 км с 2015, NCASE (NCEP) 3 км с 2018) Оперативных систем с разрешением ~ 1 км не будет в течении 3-5 лет

19 Санкт-Петербург, 7-9 июля 2014 Астахова Е.Д., VII Всероссийский Метеорологический съезд 19 Что произойдет в Гидрометцентре? Глобальная система: Внедрение статистической коррекции Увеличение размера ансамбля за счет включения возмущенных прогнозов по ПЛАВ2008 Замена брендинга на использование ансамблевого усвоения данных Введение стохастических возмущений неадиабатических тенденций Мезомасштабная система: Введение стохастических возмущений неадиабатических тенденций ( в рамках проекта COSMO COTEKINO) Разработка и реализация системы для Московского региона

20 Санкт-Петербург, 7-9 июля 2014 Астахова Е.Д., VII Всероссийский Метеорологический съезд 20 Спасибо за внимание!