Вопросы развития современных технологий мезомасштабного гидродинамического прогнозирования опасных природных процессов и явлений

Для эффективного обеспечения гидрометеорологической информацией основных ее потребителей – предприятий сельского хозяйства, промышленности, энергетики, транспорта, организаций и учреждений силовых и иных структур перспективно применение современных технологий мезомасштабного гидродинамического прогнозирования и автоматизированных систем мониторинга опасных природных процессов и явлений [1, 2].
В целях автоматизации процессов гидрометеорологического обеспечения гражданских и военных потребителей в Военно- космической академии имени А.Ф.Можайского был разработан системо-технический облик программно-технического комплекса гидрометеорологического обеспечения (ПТК ГМО), реализующий технологии мезомасштабного гидродинамического прогнозирования полей параметров атмосферы.
Применение ПТК ГМО позволит решать следующие задачи:
– получение исходной для гидродинамического прогнозирования информации;
– моделирование процессов в атмосфере, почве и океане;
– прогнозирование метеорологических величин и опасных явлений погоды
на основе интерпретации результатов гидродинамического прогнозирования;
– передача гидрометеорологической информации потребителям и множество других задач.
В качестве базовой гидродинамической модели атмосферы (ГДМА) была выбрана мезомасштабная модель Weather Research and Forecasting (WRF).
Важно учитывать, что качество прогнозирования в очень большой степени зависит от начальных условий, то есть от значений метеорологических величин в узлах регулярной сетки в начальный момент времени, от которого составляется прогноз. Эти значения должны наиболее точно описывать состояние атмосферы.
В качестве начальных и граничных условий при работе с моделью WRF используются различные типы данных:
1. Объективный анализ Гидрометцентра РФ и прогнозы по глобальной спектральной модели атмосферы.
2. Объективный анализ и прогнозы NCEP – США (или других Мировых метеорологических центров), получаемые по сети Интернет.
Качество ГДМА, используемых разными метеоцентрами, зависит от учета следующих факторов, которые отранжируем по степени их важности: точность начальных данных, горизонтальное разрешение модели, параметризация конвекции, учет процессов в планетарном пограничном слое, вертикальное разрешение, инициализация начального состояния, вертикальная диффузия тепла и влаги, суточный ход, модельные представления облачности и гидрологического режима материков, процессы подсеточного масштаба.
Для оптимизации использования выходной прогностической продукции Мировых метеорологических центров при постановки граничных условий предлагается использовать адаптивный метод среднесрочного многомодельного прогнозирования полей метеорологических величин, основанный на процедуре комплексирования.
Для решения задачи комплексирования численных прогнозов полей метеорологических величин необходимо только изменение технологии обработки выходной продукции глобальных и региональных ГДМА, а также ее дальнейшее совместное использование с учетом ошибок прогнозирования.
При разработке адаптивного метода использовалась линейная модель оценивания математического ожидания математического ожидания случайной величины в случае неравноточных наблюдений.
Решение задачи комплексирования сводилось к отысканию значений весовых коэффициентов, при которых оценка математического ожидания будет удовлетворять требованиям несмещенности, эффективности и состоятельности.
Для получения оптимальной оценки текущего состояния атмосферы при задании начальных данных используется процедура ассимиляции данных.
Ассимиляция является перспективным направлением дальнейшего развития мезомасштабного численного прогнозирования в условиях развития высокопроизводительных вычислительных систем и появления больших массивов гидрометеорологической информации, получаемой современными наблюдательными системами (контактными и дистанционными, наземными и космическими).
Разработка блока ассимиляции ПТК ГМО предоставит возможности для более полного использования данных от различных систем наблюдений и учета погрешностей наблюдений. Ассимиляция данных наблюдений от космических систем, в свою очередь, поможет получить начальные данные при отсутствии наблюдений от сети синоптических и аэрологических станций на части территории, неосвещенной метеоданными. К перспективным источникам гидрометеорологической информации для ПТК ГМО относятся, например: сеть современных метеорологических радиолокаторов, метеорологические космические системы, средства зондирования атмосферы на основе навигационных систем, передвижные автоматизированные метеостанции и др.
Таким образом, в докладе представлены результаты научных исследований авторов, в ходе которых, в частности:
1) рассмотрены возможности применения современных технологий мезомасштабного гидродинамического прогнозирования на основе создания ПТК ГМО;
2) разработан системо- технический облик ПТК ГМО, использующего для гидродинамического прогнозирования полей метеорологических величин мезомасштабную модель атмосферы WRF;
3) для оптимизации использования выходной прогностической продукции Мировых метеорологических центров разработан адаптивный метод комплексирования результатов среднесрочного прогнозирования полей метеорологических величин;
4) процедура ассимиляции данных от различных наблюдательных комплексов позволяет ПТК использовать данные от различных систем наблюдений наземного и космического базирования.