Верификация численного прогноза сильных осадков в холодный период года по данным наземных наблюдений и спутникового мониторинга на примере территории Среднего Урала

Повышение точности краткосрочного прогноза сильных осадков в холодный период года является весьма актуальной задачей, имеющей большое прикладное значение. В настоящее время для прогноза сильных снегопадов используются глобальные и мезомасштабные гидродинамические модели атмосферы. Очевидным преимуществом мезомасштабных моделей является более высокая пространственно-временная детализация прогноза. Однако успешность прогноза по мезомасштабной модели в большой степени зависит от выбора начальных условий, в качестве которых используются данные той или иной глобальной модели. С повышением пространственного разрешения выходных данных глобальных моделей GFS/NCEP (США) и GEM (Канада) до 0,25° возникает необходимость сопоставления успешности прогнозов по глобальным и региональным моделям [1]. Важно отметить, что канадская модель GEM адаптирована к условиям северных широт, но при этом не используется в прогностической практике Уральского УГМС.
Целью проведенного исследования было выявление недостатков и преимуществ глобальных прогностических моделей GFS/NCEP, GEM и мезомасштабной модели WRF при прогнозировании сильных снегопадов на территории Среднего Урала (Пермского края и Свердловской области). Данные глобальных моделей GFS и GEM находятся в свободном доступе на серверах NOAA и Canadian Weather Office. Модель WRF была установлена на вычислительном узле под управлением операционной системы на базе ядра LINUX [2]. Расчеты по модели WRF производились с шагом сетки 9 км на срок 51 ч (чтобы обеспечить совпадение с данными о количестве осадков по сети метеостанций). В качестве начальных условий для запуска модели WRF использовались прогностические данные GFC/NCEP.
Всего было рассмотрено 13 случаев сильных снегопадов с количеством осадков 6-19 мм/12ч, наблюдавшихся на Среднем Урале в период с января по апрель 2016 г. В каждом из этих случаев сильный снег фиксировали от 1 до 10 метеостанций одновременно. Для оценки успешности прогнозов был использован известный критерий Пирси-Обухова, который рассчитывался на основе сопоставления фактических и прогностических сумм осадков по данным 48 метеостанций. Сравнение фактических и прогностических сумм осадков производилось на полусуточном интервале. Установлено, что за рассматриваемый период в целом наиболее высокое значение критерия Пирси-Обухова (0,51) получено по модели GEM. Значения критерия Пирси-Обухова для прогнозов по моделям GFS и WRF составили соответственно 0,42 и 0,45. При этом оправдываемость прогноза наличия явления максимальна (0,61) для модели WRF.
В большинстве случаев расхождение прогностических и фактических сумм осадков обусловлены смещением зон осадков на 50-100 км относительно их фактического положения. Для случаев сильных снегопадов в январе 2016 г., зафиксировано систематическое занижение сумм осадков на 20-30%. В свою очередь, в марте-апреле 2016 г. количество осадков по модели WRF систематически завышается на 20-40%. Причины этих систематических расхождений требует дополнительного изучения.
Помимо сравнения прогностических сумм осадков с фактическими данными, для верификации прогноза использовались спутниковые снимки Terra/Aqua MODIS и данные о температуре верхней границы облаков. Произведено сравнение фактического и прогностического положения облачных систем атмосферных фронтов, вызвавших интенсивные осадки.