Гидродинамико-статистический прогноз сильных шквалов и смерчей в течение аномально теплого летнего сезона 2021 года на европейской части России . Новая технологическая линия прогноза

Летний сезон 2021 года, как известно, на европейской части России был аномально теплым. Положительные аномалии средней суточной температуры в мае, июне и июле месяце составляла 2- 5 градусов, а средней дневной температуры иногда и 7-12 градусов. В августе месяце также наблюдалась положительная аномалия температуры.
Жители России помнят по сводкам погоды летнего сезона 2021 года, что временами европейская часть России в течение нескольких дней находилась в зоне антициклона с высоким давлением и сухим воздухом, который часто сменялся надвигающимися из Европы южными циклонами, приносящими влажный воздух. Порой они приносили очень сильные осадки, которых также в это лето у нас было достаточно много, как и в Европе. Достаточно вспомнить наводнение в Германии. При этом температура в российском регионе понижалась, оставаясь достаточно высокой. в среднем сохранялась ее положительная аномалия.
Это резкое изменение температуры и влажности у поверхности земли и в средней тропосфере наряду с изменением и других информативных параметров атмосферы, предложенных Переходцевой Э.В. для прогноза сильных шквалов и смерчей, и включенных в гидродинамико-статистическую модель прогноза, привели к тому, что область возможного возникновения очень сильных шквалов со скоростью 25м/с (90км/ч) и даже смерчей протянулась на север до 65-ого градуса северной широты. Ранее такие явления наблюдались достаточно редко (но в 2020 году также были отмечены). Большинство этих явлений, несмотря на необычную географию их возникновения, были успешно предупреждены с заблаговременностью 12, 24 и даже 36ч в оперативном режиме на основе гидродинамико-статистической модели прогноза.
Были предупреждены сильные шквалы скоростью 25м/с и выше на севере республики Коми, на севере Кировской и Архангельской областей на уровне 63-65 градуса северной широты. В более южных районах они также наблюдались. В частности, под Москвой в Шереметьево наблюдались порывы ветра скоростью 26м/с и 28м/с, которые были успешно предупреждены оперативным прогнозом. Не обошли стороной эти опасные явления некоторые области в Поволжье и на Северном Кавказе.. Всего явлений максимального ветра со скоростью 25м/с и выше по донесениям со станций в течение периода 15 мая-13 сентября 2021 года было зафиксировано 54, в полтора раза больше, чем в среднем в предыдущие годы (смерчи над Черным морем не учитывались).
Оперативный прогноз этих явлений основывался на статистической модели распознавания метеорологических ситуаций с такими явлениями. В самой статистической модели распознавания и прогноза использовалась отобранная ранее по авторскому алгоритму наиболее информативная группа предикторов ( параметров атмосферы). С целью полной автоматизации прогноза использовались значения выходных прогностических полей оперативной региональной модели Гидрометцентра России. которые безусловно содержат и систематические, и случайные ошибки, что ведет в некоторой степени к понижению результатов успешности прогнозов.
Три года назад была создана и затем усовершенствовалась новая технологическая линия такого автоматизированного прогноза. Необходимо было представить синоптикам, работающим в оперативном режиме, достаточно удобную визуализацию этих прогнозов. Автор графического пакета "Изограф" Гидрометцентра России Алферов Ю.В. и другие программисты из отдела банков данных Гидрометцентра России помогли разработать и наладить оперативный выпуск цветных карт прогноза максимального ветра в градациях скорости ветра от 15м/с до 33м/с. Оценивалась предупрежденность и ошибка первого рода "пропуска цели" альтернативного прогноза явлений шквалов и смерчей со скоростью 25м/с и выше. Из 54 явлений были предупреждены 34 явления.
При этом карты оперативно 2 раза в сутки выкладываются на сайт Главного вычислительного центра Росгидромета, где они доступны синоптикам всех Управлений по гидрометслужбе европейской части России. Теперь в рамках новой технологической линии прогноза такие карты выкладываются на сайт и для территории Сибири, и для территории Дальнего Востока. В докладе будут представлены цветные карты прогноза опасных и сильных шквалов и смерчей по Европейской территории России для многих дат лета 2021 года.
По официальной оценке лаборатории испытаний успешность прогноза очень сильных шквалов и смерчей со скоростью ветра V>=25м/с по критерию успешности Пирси-Обухова оказалась достаточно высокой, превышающей оценки успешности прогноза этих явлений по всем гидродинамическим моделям, включая и мезомасштабные модели. По данным 2021 года предупрежденность альтернативного гидродинамико-статистического прогноза явлений со скоростью 25м/с составила 63%. По гидродинамическим моделям этот показатель не превышает 25%-30% . Предупрежденность отсутствия опасных порывов ветра скоростью 25м/ и выше составила 80%.
Если оценивать прогноз максимального ветра при шквалах и смерчах со скоростью V=25м/с и выше с допуском до скорости ветра V=22м/с (V=79,2км/ч) и выше, как принято в синоптической практике, то в таком случае прогноз скорости 25м/с и выше оправдывается, если на станции был отмечен ветер со скоростью V=22м/c и выше. Тогда предупрежденность явления с допуском составила Пя=83,5%, предупрежденность отсутствия явления Пот= 80,4% , а значение критерия успешности критерия Пирси-Обухова - Т=1-а-b =0,64. Эти результаты для оперативного прогноза таких опасных и редких явлений достаточно высокие, учитывая, что автоматизированная оценка прогноза достаточно жесткая. Оценка проводится не по областям Европейской территории России, а по очень небольшим территориям криволинейных квадратов 1х1 градус площадью порядка 7000км2, на которые поделена вся Европейская территория России (в количестве 50 731 за этот период). Показатели успешности этого года превышают показатели прошлых лет. В докладе приводится таблица результатов успешности прогноза опасных шквалов и смерчей в предшествующие годы и в 2021 году.
Предупрежденность явлений может оказаться и выше. Возможно, что, как и в 2020 году, данные нами прогнозы опасного ветра (V>=25м/с) по Пермскому краю, по Кировской и Костромской областям, которые лаборатория испытаний посчитала ошибочными, окажутся достоверными. Действительно, даже в интернете говорится о смерчах и сильных шквалах 15 мая 2021 года и 2 августа 2021 года, нанесших большой ущерб, и увиденных соответствующих лесоповалах на фотографиях со спутников. Однако по независимым оценкам область нашего прогноза, совпадающая с областью лесоповалов, была засчитана, как область "ложной тревоги". Однако прогноз тогда оказался успешным.
Как уже было упомянуто выше, прогностические карты (с заблаговременностью 12-48ч) ежедневно 2 раза в сутки выкладываются на сайт ГВЦ, а в некоторые Управления по гидрометслужбе (УГМС) по просьбе синоптиков пересылаются по электронной почте. Синоптики используют цветные карты прогноза в оперативной практике и просят увеличить максимальную заблаговременность прогноза с двух суток до трех суток с целью более заблаговременного предупреждения населения о возможном опасном явлении.
В настоящее время этот вопрос прорабатывается в организационном плане, поскольку теперь в оперативном режиме рассчитываются прогностические поля полулагранжевой глобальной модели среднесрочного прогноза (автор- Толстых М.А.), которые можно было бы использовать в качестве входных параметров в нашей статистической модели. Прогностическая продукция этой гидродинамической модели заблаговременностью до трех суток прошла независимые испытания успешно. Это является залогом успешности будущей модели гидродинамико-статистического прогноза опасных шквалов и смерчей заблаговременностью до трех суток.