Получение достоверного краткосрочного прогноза конвективных опасных явлений погоды (ОЯП) - сильных ливней, крупного града, шквалов и смерчей, с определением места и времени их возникновения представляет собой одну из ключевых проблем метеорологической науки и практики. Данная проблема в настоящее время не решена, несмотря на непрерывный рост доступных вычислительных мощностей и совершенствования глобальных и мезомасштабных моделей численного прогноза погоды (ЧПП). В настоящее время существует два основных подхода к краткосрочному прогнозу конвективных опасных явлений погоды (КОЯП) – ингредиентный подход, предполагающий оценку вероятности возникновения КОЯП и их возможной интенсивности на основе ряда диагностических переменных, определяемых по данным радиозондирования атмосферы и глобальных моделей ЧПП (Rasmussen and Blanchard, 1998; Taszarek et al., 2017), а также прямое моделирование конвекции с применением мезомасштабных моделей ЧПП с пространственным разрешением 3-5 км и менее (Weisman et al., 2008). Оценка успешности прогноза выполняется на основе данных наземных наблюдений за самими явлениями и за нанесенным ущербом, а также путем сопоставления результатов моделирования с радиолокационными и спутниковыми данными с применением объектно-ориентированного подхода (Davis et al., 2006).
В настоящей работе проведена оценка достоверности краткосрочного (на срок до 24 ч) прогноза шести случаев конвективных ОЯП, зафиксированных в Уральском регионе и прилегающих областях Европейской России в теплый период 2020 г.: 25.05.2020 г. в Свердловской области (шквал до 30 м/с), 27.06.2020 г. в Кировской области (шквалы, смерчи, крупный град), 16.07.2020 г. в Удмуртии (шквал), 20.07.2020 г. в Свердловской области в г. Нижние Серги и Бисерть (сильный ливень), 30.07.2010 г. в Кировской области (смерч) и 31.07.2020 г. в г. Челябинске (шквал 30 м/с). Во всех случаях был нанесен значительный материальный ущерб, а 25.05.2020 г. также имелись человеческие жертвы (погибли 4 человека).
Для краткосрочного прогноза на основе ингредиентного подхода использовались данные глобальных моделей ЧПП GFS (США), ICON (Германия), GEM (Канада). На их основе рассчитывались диагностические переменные, характеризующие конвективную неустойчивость, сдвиг ветра, завихренность, влагосодержание. Также были получены прогнозы на основе оперативной конфигурации модели WRF с динамическим ядром ARW для Уральского региона (с шагом сетки внешнего домена 9 км и вложенного домена – 3 км). Шаг данные по времени составил 1 ч. Прогностические данные были сопоставлены со сведениями о зафиксированных случаях КОЯП, а также спутниковыми наблюдениями Meteosat-8, для трех случаев получены данные с допплеровских радиолокаторов. Для уточнения информации о случаях КОЯП проведен поиск отчетов о разрушениях в социальных сетях, а также проанализированы ветровальные нарушения лесного покрова, вызванные шквалами и смерчами, по снимкам Sentinel-2.
Установлено, что все рассматриваемые случаи шквалов и смерчей наблюдались при сочетании умеренной и сильной конвективной неустойчивости и сдвига ветра, при этом сдвиг ветра имел ключевое значение в формировании смерчей. Достоверность прогнозов по модели WRF оценена как удовлетворительная в двух из шести случаев. Стоит отметить, что в случае 25 мая 2020 г. помимо шквалов по модели WRF прогнозировалось также возникновение двух суперячейковых штормов с высокой вероятностью сильных смерчей, однако по данным наблюдений это не подтверждается.

Исследование выполнено при поддержке гранта Президента РФ № MK-313.2020.5.