О прогнозе на лето 2011 г.

29.05.2011

После прошлогодней летней жары с разных сторон ощущается повышенный интерес к прогнозу на нынешнее лето. Так, пару дней назад одна из FM-радиостанций обратилась к нам с вопросом о мотивах недавнего приобретения Гидрометцентром России нескольких кондиционеров. Пришлось пояснить, что не стоит трактовать этот факт как тяжелое знамение. Нет.. Это скорее один из признаков нормальной жизни.

Об официальных и автоматизированных методах подготовки долгосрочных прогнозов

«Официальные» метеорологические прогнозы готовятся специалистами-прогнозистами путем экспертной оценки и обобщения результатов различных расчетных прогностических методик. Официальный прогноз Гидрометцентра России по территории страны на теплое полугодие был выпущен в марте. В конце каждого месяца он уточняется официальными прогнозами на следующий календарный месяц. Глобальные сезонные прогнозы готовятся в Гидрометцентре России регулярно, но формально они не включены в перечень официальной продукции - они рассчитываются на основе полностью объективной технологии без вмешательства специалистов-прогнозистов.

На практике используются разные подходы к задаче долгосрочного прогноза. Прежде использовался, главным образом, метод аналогов. Как он работает? - Для текущего состояния атмосферы подбирается по возможности близкий аналог из прошлого. Прогноз составляется в предположении, что развитие во времени текущего процесса будет похоже на историю развития его прошлого аналога. Ограниченность возможностей этого метода связана с тем, что подобрать достаточно близкий аналог из прошлого не удается - атмосфера бесконечно разнообразна, и каждая ситуация по-своему уникальна. Другой подход – статистический. Во многих случаях он работает достаточно успешно, но здесь также есть свои проблемы: дефицит длинных качественных рядов данных и изменение климата, приводящее к нарушению выявленных ранее статистических связей. Перспективным сейчас является гидродинамико-статистический подход на базе моделей общей циркуляции атмосферы и океана. Именно на этой основе с помощью глобальной атмосферной модели ПЛАВ, развиваемой Гидрометцентром России и Институтом вычислительной математики РАН, рассчитаны представленные ниже прогнозы на лето 2011 года.

Прогноз на лето - результаты моделирования

По расчетам Гидрометцентра России от 26 мая почти на всей территории Северной Евразии предстоящее лето 2011 г. будет теплее нормы или близким к обычному. На рис.1 показаны результаты выполненных расчетов средних сезонных аномалий приземной (на высоте 2 метра) температуры. Аномалиями в данном случае называются отклонения прогнозируемой температуры от «нормы», т.е. от обычных для этого времени года средних за предшествующие несколько десятков лет (для рис.1 - с 80-х годов) значений. Положительные аномалии средней сезонной температуры означают относительно теплое, отрицательные - холодное лето.

Рис.1: Сезонные аномалии приземной температуры (в °С) для лета 2011 года по результатам модели Гидрометцентра России/ИВМ РАН (рассчитано 26 мая 2011 г.).

Долгосрочный прогноз – сложная ресурсоемкая задача, для решения которой целесообразно объединять усилия различных прогностических центров. В структуре Всемирной Метеорологической Организации глобальные сезонные прогнозы сегодня ежемесячно выпускают двенадцать центров: Вашингтон (США), Мельбурн (Австралия), Монреаль (Канада), Москва (Россия), Пекин (Китай), Претория (ЮАР), Рединг (Центр стран ЕС), Сан-Паулу (Бразилия), Сеул (Республика Корея), Токио (Япония), Тулуза (Франция), Экзетер (Англия). На рис.2 вы можете видеть прогнозы этих центров на лето 2011 года.

Рис.2. Сезонные прогнозы аномалий приземной температуры на лето 2011 года, выпущенные различными Центрами глобальных долгосрочных прогнозов погоды (GPC - Global Producing Centre) Всемирной Метеорологической Организации (по данным на середину мая 2011 г.)

На рис.3 показано, как согласуются прогнозы этих двенадцати прогностических центров на лето 2011 года. Интенсивность цвета на рисунке характеризует степень согласия между  прогнозами: чем интенсивнее теплые тона, тем большее количество моделей прогнозируют в данном регионе лето теплее обычного. Насыщенность синих цветов характеризует степень согласия прогнозов холодного лета.

Рис.3. Карты согласованности прогнозов аномалий приземной температуры на лето 2011 года по данным различных прогностических центров. Интенсивность заливки красным/синим цветом показывает, сколько из двенадцати моделей прогнозирует сезонные аномалии «выше»/«ниже» нормы. Белым цветом обозначены регионы, где прогнозы разных центров сильно различаются - в этих регионах нет уверенного прогностического сигнала.

Хорошая согласованность прогнозов различных производителей в том или ином регионе – один из индикаторов надежности прогноза. Можно видеть, что большинство центров солидарны в прогнозе более теплого чем обычно лета в Сибири, в то время как по европейской территории хотя и прогнозируются положительные температурные аномалии, но сам прогноз выглядит менее уверенным. 

Практическая успешность прогнозирования состояния атмосферы зависит от целого ряда факторов. Важным фактором является полнота и точность начальных данных о текущем состоянии атмосферы и ее подстилающей поверхности (суши, океана). Имеющиеся измерения параметров состояния окружающей среды отрывочны и содержат погрешности, поэтому ошибки содержатся уже в оценке начального состояния атмосферы, с которого стартует прогноз. Эти ошибки имеют тенденцию расти с увеличением периода прогноза. Прогностические методы и технологии также не идеальны. Атмосферные процессы в моделях представлены упрощенно. Некоторые процессы мы пока не до конца понимаем. Но не следует списывать все проблемы долгосрочного прогноза на несовершенство используемых моделей и недостатки их информационного обеспечения. Современные модели общей циркуляции атмосферы успешно воспроизводят многие свойства атмосферы и становятся все более совершенными. На пути к долгосрочному прогнозу есть и другая проблема – проблема предсказуемости (ее известная иллюстрация - "эффект бабочки").

Проблема предсказуемости возникла уже после первых численных экспериментов по моделированию эволюции атмосферы на долгие сроки. Еще в конце 50-х годов было показано, что из-за гидродинамической неустойчивости атмосферы сколь угодно малые ошибки задания начальных данных с течением времени трансформируются в большие, и за пределами примерно двухнедельного временного интервала прогноз оказывается равноценным случайному. Реально практически полезные детализированные по дням прогнозы погоды сегодня можно выпускать на сроки до примерно одной недели. За пределами этих сроков область более-менее уверенного прогноза по дням кончается.

Сказанное не означает, что мы ничего не можем сказать о будущем атмосферы на месяц вперед и далее. Нет, просто долгосрочные прогнозы формулируются в других терминах и требования к ним другие. Объектами долгосрочного прогноза являются не мгновенные значения метеорологических параметров, т.е. не «погода» в определенной точке в определенное время, а атмосферные статистические характеристики для прогностического периода (средние значения, повторяемость появления различных градаций метеорологических параметров и др.). Основным источником долговременной (но также конечной) предсказуемости атмосферы при этом становится влияние медленно меняющихся внешних условий на границах атмосферы – температура поверхности океана, распределение морского льда, влажности почвы и т.д.

Формально ничего не стоит детализировать долгосрочный прогноз хоть по минутам, но эта детализация не будет обеспечена реальными возможностями современных прогностических технологий. Вы знаете, что и на завтра прогноз иногда не оправдывается, т.к. метеорологические процессы могут развиваться быстрее, медленнее или просто иначе, чем прогнозировалось. Что говорить о сезоне... Сегодня долгосрочные прогнозы обычно составляются без детализированной временной разбивки, в форме средних за период (декада, месяц, сезон) аномалий, т.е. отклонений от климатической нормы. Для долгосрочных прогнозов характерна высокая степень неопределенности, поэтому естественно представлять такие прогнозы в вероятностном виде, хотя эта форма пока непривычно для большинства читателей. Пути повышения качества и повышения информативности сезонных прогнозов - область активных исследований.  Так, в частности ведется работа по развитию методов прогноза вероятности различного рода экстремальных явлений внутри сезона. Но пока говорить о широком использовании этих методов рано - это дело завтрашнего дня.

Чем больше срок, на который рассчитывается прогноз, тем больше нужно информации для его подготовки. Чтобы рассчитать прогноз на пару дней вперед, надо иметь данные о фактической погоде на территории с масштабами нескольких тысяч километров. А прогноз на неделю и далее требует информации о том, что происходит с погодой на всем земном шаре.

При долгосрочном прогнозе приходится рассматривать практически всю климатическую систему, в которую входят атмосфера, океан и верхний слой суши, и учитывать многочисленные связи между отдельными звеньями этой системы. Многие физические механизмы, слабо ощутимые в прогнозах на короткие сроки, становятся важными в долгосрочных прогнозах. Многие из этих механизмов недостаточно изучены и требуют дальнейших исследований. Для ответа на многие вопросы имеющаяся наблюдательная база недостаточно полна.

Общая тенденция развития прогностических моделей - учет и улучшение представления в них все большего числа физических механизмов. Во многих случаях это требует междисциплинарных исследований (химия атмосферы, взаимодействие растительности с атмосферой, электромагнитные явления в атмосфере и т.д.). Даже для мощных метеорологических центров расчет глобальных долгосрочных прогнозов – сложная задача. Одно из веяний последнего времени – построение совместных прогнозов силами нескольких метеорологических центров из разных стран. Гидрометцентр России - один из активных участников этой деятельности.

При использовании материалов этой страницы в других информационных источниках  ссылка на сайт Гидрометцентра России http://meteoinfo.ru обязательна.