МЕТОД И ТЕХНОЛОГИЯ КРАТКОСРОЧНОГО ПРОГНОЗА ПОГОДЫ НА 2 СУТОК С ЧАСОВОЙ ДЕТАЛИЗАЦИЕЙ ДЛЯ ТЕРРИТОРИИ ДВ-РЕГИОНА РФ

Автор методов и технологии к.ф.-м.н. В.М. Лосев, Гидрометцентр России; к.г.н Е.М. Вербицкая, ДВНИГМИ

Методология расчета прогнозов представляет собой автоматизированную систему краткосрочного прогноза погоды на основе численного решения системы нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных на срок до 2 суток. Модель предназначена для прогноза полей температуры, геопотенциала, компонент скорости ветра, фактического влагосодержания на стандартных p-уровнях и приземной температуры и давления. Данный метод является логическим продолжением развития модели Mlp 11-100 [1,2].

Исходными уравнениями в σ-системе координат на плоскости стереографической проекции (x,y) являются два уравнения движения, записанные в форме Громеко-Лэмба, которые описывают эволюционные изменения компонентов скорости ветра u и υ [1]:

уравнение притока тепла:

уравнение переноса влажности:

уравнение неразрывности:

уравнение гидростатики:

В уравнениях Ω – абсолютный вихрь; E – кинетическая энергия; g=9,8 м/с² – ускорение свободного падения; R=287,04 Дж/(кг·К) - газовая постоянная сухого воздуха; Q и S соответственно притоки тепла и влаги; m – масштабный множитель при переходе от поверхности Земли к плоскости стереографической проекции.

Неизвестными являются горизонтальные компоненты скорости ветра u(x,y,σ,t) и υ(x,y,σ,t); температура T(x,y,σ,t); q(x,y,σ,t) – фактическое влагосодержание; Φ(x,y,σ,t) – геопотенциал; p_s(x,y,t) – приземное давление.

Для данной системы уравнений записан конечно-разностный аналог в “С” сетке Аракавы [2]. Согласно этого аналога производится численное интегрирование уравнений системы.

Кроме того, в модели имеются блоки параметризации радиации и расчета осадков. Параметризация не адиабатических факторов включает в себя, в том числе, учет альбедо подстилающей поверхности, общее содержание озона в столбе атмосферы, склонение Солнца с учетом времени года и суток и др. Прогностические поля рассчитываются по территории размером 6000 км * 7400 км по горизонтали и на 22-х σ-уровнях по вертикали. Число узлов прогностической сетки по осям x,y составляет соответственно 151 и 121 точки.

Начальные и граничные данные берутся из глобального прогноза большей заблаговременности (прогностическая продукция НМЦ Экзетер, Великобритания).

Результатом работы системы являются поля метеоэлементов в узлах стереографической проекции за каждый час прогноза в цифровой форме.

Выходная продукция технологии

• Прогностические поля всех основных метеорологических элементов (геопотенциала, компонент скорости ветра, температуры и влажности воздуха) на 11-ти стандартных изобарических поверхностях: 1000, 925, 850, 700, 500, 400, 300, 250, 200, 150, 100 гПа, рассчитываемые с заблаговременностью от 9 до 48 часов с фиксацией результата каждые 3 часа интегрирования модели.
• Прогноз экстремальных и среднесуточных температур воздуха у Земли в пунктах.
• Прогноз полусуточных сумм осадков в пунктах.
• Срочный прогноз (каждые 3ч) приземного давления и приземной температуры в пунктах.
• Почасовые карты прогноза приземной температуры, приземного давления и интенсивности осадков.

Оперативная технология реализована как отдельное программное средство для серверов на базе процессоров Intel Itanium. Оно включает в себя блок препроцессинга (подготовка начальных и граничных данных, получаемых из базы GRIB комплекса ГИС-Метео), блок численного расчета (собственно модель) и блок постпроцессинга (алгоритмы интерполирования с σ-уровней на p-уровни, процедуры прогноза элементов погоды в пунктах и фиксации результатов в форматах выходной продукции); дополнительно блок постпроцессинга включает отдельное программное средство для построения слайдов.

Модель прошла производственные испытания в Хабаровском ЦГМС-РСМЦ в 2008 году и внедрена в оперативную практику (условное обозначение Mls 22-50). Система прогноза реализована на суперкомпьютере G-Scale S4700, сданном в эксплуатацию РСМЦ Хабаровск в октябре 2009г. в рамках работ по реализации Проекта технического переоснащения организаций и учреждений Росгидромета. Функционирует в оперативном режиме с 05 апреля 2010 года.

Расчет модели осуществляется 2 раза в сутки от сроков 00ч и 12ч ВСВ.

Образцы прогностической продукции

 Литература

1. Вербицкая Е. М., Лосев В. М. Региональная гидродинамическая модель прогноза полей метеоэлементов для территории Восточной Сибири и Дальнего Востока // Тр. ДВНИГМИ./Владивосток: Дальнаука, 2009. Вып. 151. С. 6–36.
2. Лосев В.М. Региональная гидродинамическая модель Гидрометцентра России // «80 лет Гидрометцентру России» // Сборник научных трудов. / М.:ТРИАДА ЛТД, 2010, с.36-58.
3. Мезингер Ф., Аракава А. Численные методы, используемые в атмосферных моделях. Пер. с англ. – Л.: Гидрометиздат, 1979. – 136 с.