В синоптической практике до настоящего времени прогноз с заблаговременностью даже 12ч сильных шквалов и смерчей со скоростью 25м/с и более дается достаточно редко. Чаще прогнозируются порывы ветра при грозе скоростью 15-18м/с, при этом порывы опасного ветра со скоростью 25м/с и более могут быть не предупреждены даже за 3 часа (при предупрежденности таких явлений за 3ч прогноз считается оправдавшимся). Это происходит из-за того, что условия образования сильных шквалов и смерчей с такими скоростями по эмпирическим синоптическим предикторам достаточно схожи с условиями образования конвективных явлений сильных гроз и сильных ливней. Возникновение всех этих конвективных явлений связано с развитием мощной конвективной облачности. Сильные шквалы и смерчи в 80% случаев возникают на холодных (и быстро движущихся) фронтах и фронтах окклюзии при большой атмосферной неустойчивости и больших скоростях ветра в средней тропосфере и сдвигах ветра в слое 925-500гПа. В качестве помощи синоптикам в оперативной практике метеорологами Гидрометцентра России были разработаны графические методы прогноза шквалов Пескова Б.Е.-Снитковского А. И. и Решетова Г.Д. В силу специфики в этих методах для прогноза шквалов использовались 2-3 предиктора в то время, как это сложное конвективное явление зависит от большой совокупности атмосферных параметров.
Первая физико-статистическая модель объективного прогноза шквалов и смерчей скоростью 20м/с и более была разработана Переходцевой Э.В. в 1984г. При этом были проанализированы значения двадцати шести предикторов для случаев обучающих выборок наличия и отсутствия этих явлений, и по новому алгоритму из 26 предикторов выбран наиболее информативный шестимерный вектор-предсказатель X=(V700, Tз, Tdз, dT/dnз, (T’-T)500, H0) без значительной потери информации. В качестве критериев информативности использовался критерий расстояние Махаланобиса и критерий минимальной энтропии Вапника-Червоненкиса. Для выбранных шести параметров было построено линейное статистическое решающее правило U(X), по значению которого давался прогноз шквала со скоростью ветра 20м/с и более, если U(X)> 0,5 в случае неустойчивой атмосферы.
В противном случае, а также в случае устойчивой атмосферы давался прогноз отсутствия таких явлений. С целью верификации этого метода в трех региональных Управлениях по гидрометслужбе были проведены независимые испытания в летние периоды 1985-1986гг. Результаты его успешности оказались выше результатов успешности этих графических методов, он был рекомендован к использованию в оперативной синоптической практике.
Гидродинамико-статистическая модель и основанный на ней метод прогноза опасных шквалов и смерчей первой-третьей категории был разработан и позднее усовершенствован в течение 2008-2017гг. В статистической модели распознавания шквалоопасных и смерчеопасных метеорологических ситуаций исследовались 38 параметров атмосферы, значения которых выдаются региональной гидродинамической моделью краткосрочного прогноза погоды (автор-Лосев В.М.). Было проведено сжатие пространства признаков и выбран семимерный вектор-предсказатель, представлена новая дискриминантная функция F(X), которая рассчитывается в узлах декартовой сетки 75х75км, покрывающей территорию России. В зависимости от значений
F(X) в тех же узлах рассчитываются вероятности Р(X) возникновения сильных шквалов и смерчей. По пороговой вероятности синоптики могут перейти к категорическому альтернативному прогнозу этих явлений. При этом для прогноза смерчей рекомендуется пороговая вероятность Р=75% (синоптики предпочитают проценты).
В 2010 году была создана первая технологическая линия оперативного автоматизированного прогноза сильных шквалов и смерчей со скоростью 25м/с и более.
В Гидрометцентре России были проведены независимые испытания этого нового идродинамико-статитического прогноза. По результатам успешности гидродинамико-статистический прогноз сильных шквалов был рекомендован для использования в оперативной синоптической практике в качестве вспомогательного метода. Однако необходимо было представить синоптикам, работающим в оперативном режиме, достаточно удобную визуализацию этих прогнозов. В 2017 году вместе со старшим научным сотрудником Гидрометцентра России Алферовым Ю.В. и программистом Золиным Л.В. нами была разработана технологическая линия оперативного выпуска цветных карт прогноза максимального ветра в градациях скорости ветра, начиная от 15м/с с особым акцентом на области прогнозируемого ветра скоростью 25м/с и более.
В рамках этой технологии карты прогноза с заблаговременностью 12-24-36-48ч оперативно 2 раза в сутки по срокам 00ч и 12ч ВСВ выкладываются на сайт Главного вычислительного центра Росгидромета, где они доступны синоптикам из всех Управлений по гидрометслужбе европейской части России. В докладе будут представлены цветные карты прогноза наиболее интересных случаев возникновения опасных и сильных летних шквалов и смерчей по Европейской территории России для разных дат предшествующих лет.
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 прогноза явлений со скоростью 25м/с с допуском до V=22м/c составила Пя=83,5% ( по гидродинамическим моделям этот показатель не превышает 30 %, ). предупрежденность отсутствия явления Пот= 81% , значение критерия успешности Пирси-Обухова Т составило Т=1-а-b =0,645. В докладе приводится таблица результатов успешности прогноза опасных шквалов и смерчей с 2016-2021гг. Для уточнения прогноза смерчей в пунктах рекомендуется дополнительно использовать физико-статистический метод. Совместное комплексное применение двух методов позволяет уточнить прогноз смерчей или очень сильных шквалов.
Рассмотрим в качестве примера карту гидродинамико-статистического прогноза опасных шквалов и смерчей на вечер 18 сентября 2022 года. Выделяется пурпурная и темнокрасная достаточно обширная область очень высоких вероятностей прогноза, где Р более 90%; она покрывает и Курскую область. Это говорит о возможности возникновения в этой области очень сильных шквалов и даже смерчей. Действительно, в г. Льгове Курской области вечером был отмечен смерч со значительными разрушениями, что является чрезвычайно редким случаем для Центрального Федерального Округа Европейской территории России в сентябре месяце. Однако только одна станция Железногорск отметила вечером максимальный ветер скоростью 17м/с, еще 2 станции-14м/с. А смерчи, как правило, и возникают среди обширной области возникновения шквалов.
Рассчитанное по физико-статистическому методу прогноза значение функции U(X) оказалось равным 3,7. Это указывает на возможность возникновения смерча и говорит о необходимости предупреждения населения и о принятии превентивных мер безопасности.
Автоматизированный гидроднамико-статистический метод безусловно содержит ошибки прогноза температуры и влажности, а также и других метеоэлементов. Но гидродинамические модели прогноза совершенствуются, растет их успешность. В настоящее время в Гидрометцентре России в оперативном режиме уже работает последняя версия глобальной полулагранжевой модели среднесрочного прогноза (автор – Толстых М.А.). Использование прогностических полей этой модели позволяет увеличить заблаговременность прогноза опасных летних шквалов и смерчей до трех суток, т.е. до 72ч. Этот заблаговременный прогноз может в дальнейшем способствовать уменьшению экономического ущерба, наносимого этими явлениями. Кроме того, для уточнения прогноза смерчей предполагается усовершенствовать разработанную ранее экспертную систему их прогноза с использованием качественных предикторов наряду с известными количественными предикторами