Гидродинамико-статистическая модель прогноза с заблаговременностью 12-48 ч сильных шквалов и смерчей по территории Сибири

Территория Западной и Восточной Сибири значительно превышает территорию европейской части России и состоит из большого числа различных по своим географическим условиям регионов. Ущерб, причиняемый сильными и штормовыми ветрами, очень велик. Заблаговременное успешное предупреждение таких ветров, включая шквалы и смерчи, позволило бы заранее принять предохранительные меры и значительно снизить экономические потери. Прогнозирование этих явлений по территории Сибири до настоящего времени является актуальной и весьма трудной задачей синоптической практики. В России пока не существует успешных гидродинамических прогнозов максимальных скоростей ветра, превышающих 19м/с; существующие графические и расчетные методы прогноза шквалов и максимальных порывов ветра, использующие зависимость указанных явлений от двух-трех параметров, в значительной степени зависят от интуиции синоптика. Поэтому наиболее успешными методами объективизации прогноза таких явлений являются статистические методы, использующие зависимость возникновения сильных ветров, шквалов и смерчей от большого числа параметров атмосферы.
В связи с этим мы адаптировали для территории Сибири разработанные ранее для европейской части России методы оперативного гидродинамико-статистического прогноза сильного ветра скоростью свыше 19м/с и свыше 24м/с, включая шквалы и смерчи. Статистические решающие правила прогноза этих явлений были получены с использованием статистической модели прогноза на основе байесовского подхода распознавания векторов, принадлежащих выборкам двух классов. В статистической модели метеорологические ситуации, в которых возникли указанные явления, представлялись как N-мерный вектор X, входящий в выборку наличия явления. Для той же территории и тех же дат была сформирована и выборка отсутствия явлений (также N-мерных векторов, компонентами которых служили значения N потенциальных физически обоснованных параметров атмосферы). С целью уменьшения размерности пространства признаков N без значительной потери информации был применен предложенный нами метод диагонализации средней матрицы корреляции R и выделения блоков зависимых предикторов (параметров атмосферы) с последующим отбором наиболее информативных из них в вектор-предсказатель, состоящий из информативных и слабо зависимых предикторов - представителей от каждого блока матрицы R.
В качестве критериев информативности были использованы расстояние Махаланобиса и критерий минимума энтропии Вапника-Червоненкиса. В информативный вектор-предсказатель из N=38 параметров вошли 8 параметров, включающих значения максимальной температуры и температуры точки росы у земли, скорости ветра и сдвига ветра в средней тропосфере, модуля горизонтального градиента температуры на уровне 850 гПа, температуры на уровне максимального ветра в атмосфере (300 гПа), индекса неустойчивости Вайтинга и др.
Для автоматизированного прогноза штормового ветра, включая шквалы и смерчи, с заблаговременностью 12, 24, 36ч при расчете в оперативной системе значений дискриминантных функций (статистических решающих правил) использовались значения гидродинамического прогноза указанных выше метеоэлементов. В 2004-2005гг для прогноза штормовых ветров по территории Сибири использовались прогностические поля полусферной гидродинамической модели Гидрометцентра России с заблаговременностью 12, 24, 36ч. Предупрежденность ветра скоростью V > 24м/с даже с заблаговременностью 36ч составила 86%. Были предупреждены такие явления 24.06.05 в Новосибирске (V=37м/с), 24.06.05 на Алтае, 4.07.05 в Туруханске, и др. Значение критерия Пирси-Обухова (Т) составило T=0,78. В связи с внедрением в оперативную практику Гидрометцентра России региональной модели с горизонтальным разрешением 75х75км, в статистической модели прогноза шквалов, смерчей и штормового ветра для территории ЕТР в 2007-2008гг использовались выходные поля этой модели заблаговременностью 12-48ч, а в 2009-2010гг и для территории Сибири. В докладе приводятся примеры прогнозов опасного ветра скоростью V>24м/с, в частности, 8-9 сентября 2010 года в Омской, Томской, Новосибирской областях и в Алтайском и Красноярском краях. С целью уточнения территории прогноза предполагается использование в статистической модели выходных прогностических полей модели WRF (версия 3.1) с разрешением 10-15км.