Количественный прогноз осадков
Количественный прогноз осадков (сокращенно QPF ) — это ожидаемое количество талых осадков, накопленных за определенный период времени на определенной территории. [1] QPF будет создан, когда ожидается, что количество осадков достигнет минимального порога в течение периода действия прогноза. Действительными периодами прогнозов осадков обычно являются синоптические часы, такие как 00:00, 06:00, 12:00 и 18:00 по Гринвичу . Рельеф учитывается в QPF с использованием топографии или на основе климатологических моделей осадков, полученных в результате наблюдений с высокой детализацией. Начиная с середины-конца 1990-х годов, QPF использовались в моделях гидрологического прогноза для моделирования воздействия на реки на всей территории Соединенных Штатов. Модели прогнозов демонстрируют значительную чувствительность к уровню влажности в пограничном слое планеты или на самых нижних уровнях атмосферы, который уменьшается с высотой. [2] QPF может генерироваться на количественной основе прогнозирования сумм или на качественной основе прогнозирования вероятности определенной суммы. [3] Методы прогнозирования по радиолокационным изображениям демонстрируют более высокую эффективность, чем модельные прогнозы, в течение 6–7 часов с момента получения радиолокационного изображения. Прогнозы можно проверить с помощью измерений дождемеров , оценок метеорологических радиолокаторов или их комбинации. Для измерения ценности прогноза осадков можно определить различные показатели навыков.
Использование радара
[ редактировать ]Существуют алгоритмы прогнозирования осадков на основе краткосрочных радиолокационных тенденций в течение нескольких часов. Методы прогнозирования по радиолокационным изображениям демонстрируют более высокую эффективность, чем модельные прогнозы, в течение 6–7 часов с момента получения радиолокационного изображения. [4]
Использование прогнозных моделей
[ редактировать ]В прошлом синоптик отвечал за составление всего прогноза погоды на основе имеющихся наблюдений. [5] Сегодня вклад метеорологов обычно ограничивается выбором модели на основе различных параметров, таких как предвзятость модели и ее эффективность. [6] Использование консенсуса моделей прогнозирования, а также членов ансамбля различных моделей может помочь уменьшить ошибку прогноза. [7] Однако независимо от того, насколько маленькой становится средняя ошибка для любой отдельной системы, большие ошибки в рамках любого конкретного руководства все равно возможны при любом конкретном прогоне модели. [8] Профессионалы обязаны интерпретировать данные модели в прогнозы погоды, понятные непрофессионалу. Профессионалы могут использовать знания о местных эффектах, которые могут быть слишком малы по размеру, чтобы их можно было разрешить с помощью модели, чтобы добавить информацию в прогноз. Например, в процессе QPF учитывается местность с использованием топографии или климатологических моделей осадков, полученных из наблюдений с высокой детализацией. [9] Используя рекомендации модели и сравнивая различные области прогноза с климатологическими экстремальными явлениями, такими как чрезмерные осадки, связанные с более поздними наводнениями , можно получить более качественные прогнозы. [10] Хотя повышение точности моделей прогнозирования означает, что в какой-то момент в будущем люди могут больше не понадобиться в процессе прогнозирования, в настоящее время все еще существует потребность во вмешательстве человека. [11]
прогноз текущей погоды
[ редактировать ]Прогноз осадков на ближайшие шесть часов часто называют прогнозом текущей погоды . [12] В этом временном диапазоне можно с достаточной точностью прогнозировать более мелкие объекты, такие как отдельные ливни и грозы, а также другие объекты, слишком мелкие, чтобы их можно было разрешить с помощью компьютерной модели. Человек, получивший новейшие радиолокационные, спутниковые и наблюдательные данные, сможет лучше проанализировать присутствующие мелкомасштабные особенности и, таким образом, сможет сделать более точный прогноз на следующие несколько часов. [13] Однако сейчас существуют экспертные системы, использующие эти данные и мезомасштабные числовые модели для улучшения экстраполяции, включая эволюцию этих характеристик во времени.
Ансамблевое прогнозирование
[ редактировать ]Детализация прогноза увеличивается со временем по мере уменьшения ошибок. Наступает момент, когда ошибки настолько велики, что прогноз не имеет никакой корреляции с реальным состоянием атмосферы. Анализ одной модели прогноза не показывает, насколько вероятен этот прогноз. Ансамбльное прогнозирование влечет за собой составление множества прогнозов, отражающих неопределенность исходного состояния атмосферы (из-за ошибок наблюдений и недостаточной выборки). Диапазон различных прогнозов позволяет затем оценить неопределенность прогноза. Ансамблевые прогнозы все чаще используются для оперативного прогнозирования погоды (например, в Европейском центре среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF), Национальных центрах экологического прогнозирования (NCEP) и Канадском центре прогнозирования). [6] Прогнозы по ансамблевым средним значениям осадков имеют те же проблемы, что и их использование в других областях, поскольку они усредняют более экстремальные значения и, следовательно, имеют ограниченную полезность для экстремальных явлений. В случае ансамблевого среднего значения SREF, используемого в Соединенных Штатах, это снижение полезности начинается со значений всего 0,50 дюйма (13 мм). [14]
Вероятностный подход
[ редактировать ]
В дополнение к графическим прогнозам осадков, показывающим количественные количества, можно составлять прогнозы осадков с описанием вероятностей выпадения определенных количеств осадков. Это позволяет прогнозисту присвоить прогнозу степень неопределенности. Этот метод считается информативным относительно климатологии. [15] Этот метод уже много лет используется в прогнозах Национальной метеорологической службы , поскольку вероятность дождя за период равна вероятности того, что в любом конкретном месте выпадет 0,01 дюйма (0,25 мм). [16] В этом случае это известно как вероятность осадков . Эти вероятности могут быть получены из детерминистического прогноза с использованием компьютерной постобработки. [17]
Организации, которые составляют прогнозы осадков
[ редактировать ]Австралия
[ редактировать ]В 2006 году Бюро метеорологии начало использовать метод прогнозирования осадков с использованием комбинации или ансамбля различных прогностических моделей. Он получил название «Ансамбль бедняков» (PME). Ее прогнозы более точны с течением времени, чем любая из отдельных моделей, составляющих ансамбль. PME быстро изготавливается и доступен на странице «Вода и земля» на их веб-сайте. [18]
Гонконг
[ редактировать ]Гонконгская обсерватория генерирует краткосрочные предупреждения о ливнях для систем, которые, как ожидается, будут накапливать определенное количество осадков в час в течение следующих нескольких часов. Они используют три уровня предупреждения. Желтое предупреждение указывает на то, что ожидается интенсивность осадков 30 миллиметров (1,2 дюйма) в час. Красное предупреждение указывает на то, что ожидается количество осадков 50 миллиметров (2,0 дюйма) в час. Черное предупреждение указывает на то, что возможна норма осадков 70 миллиметров (2,8 дюйма). [19]
Соединенные Штаты
[ редактировать ]В США прогнозов Центр гидрометеорологических [20] Центры прогнозирования рек, [1] и местные прогностические службы Национальной метеорологической службы создают прогнозы осадков на срок до пяти дней в будущем, [21] прогнозируемые суммы равны или превышают 0,01 дюйма (0,25 мм). Начиная с середины-конца 1990-х годов, QPF использовались в моделях гидрологического прогноза для моделирования воздействия осадков на уровни рек. [22]
Проверка
[ редактировать ]
Прогнозы осадков можно проверить несколькими способами. Наблюдения осадкомеров могут быть разбиты на сетку в средние значения по площади, которые затем сравниваются с сетками для прогнозных моделей. Оценки метеорологического радара можно использовать сразу или скорректировать с учетом наблюдений дождемера. [4]
Несколько статистических оценок могут быть основаны на наблюдаемых и прогнозируемых полях. Один из них, известный как смещение , сравнивает размер прогнозируемого поля с наблюдаемым полем с целью получить оценку 1. Оценка угрозы предполагает пересечение прогнозируемого и наблюдаемого наборов с максимально возможной оценкой проверки 1. [23] Вероятность обнаружения , или POD, определяется путем деления перекрытия между прогнозируемыми и наблюдаемыми полями на размер наблюдаемого поля: целью здесь является оценка 1. Индекс критического успеха, или CSI, делит перекрытие между поля прогноза и наблюдаемых значений по совокупному размеру полей прогноза и наблюдаемых полей: целью здесь является оценка 1. Частота ложных тревог , или FAR, делит область прогноза, которая не перекрывает наблюдаемое поле, на размер прогнозируемая территория. Целевое значение в этом показателе равно нулю. [4]
Учитывая тропические циклоны , которые влияют на Соединенные Штаты, глобальная прогнозная модель GFS показала лучшие результаты в отношении прогнозов осадков за последние несколько лет, превзойдя прогнозные модели NAM и ECMWF . [21]
См. также
[ редактировать ]- Прогноз осадков тропических циклонов
- Европейская система оповещения о наводнениях : использование QPF и EPS для прогнозирования наводнений
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Бушонг, Джек С. (2005). «Количественный прогноз осадков: его составление и проверка в Центре прогнозов юго-восточной реки» (PDF) . Технологический институт Джорджии . Архивировано из оригинала (PDF) 5 февраля 2009 г. Проверено 31 декабря 2008 г.
- ^ Кристиан Кейл, Андреас Рёпнак, Джордж К. Крейг и Ульрих Шуман (2008). Чувствительность количественного прогноза осадков к изменениям влажности в зависимости от высоты. Архивировано 6 июня 2011 г. в Wayback Machine . Письма о геофизических исследованиях. Проверено 31 декабря 2008 г.
- ^ П. Реджани и А.Х. Вертс (2008). Вероятностный количественный прогноз осадков для прогнозирования наводнений: приложение . Журнал гидрометеорологии, февраль 2008 г., стр. 76–95. Проверено 31 декабря 2008 г.
- ^ Jump up to: а б с Чарльз Лин (2005). Количественный прогноз осадков (QPF) на основе моделей прогнозирования погоды и радиолокационных текущих прогнозов, а также гидрологическое моделирование атмосферы для моделирования наводнений. Архивировано 5 февраля 2009 г. в Wayback Machine ACTIF. Проверено 1 января 2009 г.
- ^ Центр космических полетов Годдарда (2007). Прогноз погоды на протяжении веков с помощью Интернет-архива Wayback Machine. НАСА . Проверено 25 мая 2008 г.
- ^ Jump up to: а б Клаус Вейкманн, Джефф Уитакер, Андрес Рубичек и Кэтрин Смит (2008). Использование ансамблевых прогнозов для подготовки улучшенных среднесрочных (3–15 дней) прогнозов погоды. Лаборатория исследования систем Земли. Проверено 16 февраля 2007 г.
- ^ Тодд Кимберлейн (2007). Разговор о движении и интенсивности тропических циклонов. Центр гидрометеорологических прогнозов . Проверено 21 июля 2007 г.
- ^ Робби Берг (2009). Отчет о тропическом циклоне: ураган Айк. Национальный центр ураганов . Проверено 8 февраля 2009 г.
- ^ Дэниел Вейганд (2008). Оптимизация вывода помощника QPF. Архивировано 5 февраля 2009 года в Wayback Machine штаб-квартире Национальной метеорологической службы в Западном регионе. Проверено 31 декабря 2008 г.
- ^ Нил А. Стюарт, Ричард Х. Грамм, Джон Кэннон и Уолт Дрэг (2007). Использование ансамблевых данных и данных об аномалиях для прогнозирования экстремальных наводнений на северо-востоке США. Архивировано 7 октября 2008 г. в Wayback Machine штаб-квартире Национальной метеорологической службы в восточном регионе. Проверено 1 января 2009 г.
- ^ Роббер П.Дж. и Босарт Л.Ф. (1996) Сложная взаимосвязь между навыками прогнозирования и ценностью прогноза: анализ из реальной жизни. Погода и прогнозирование, стр. 554-559. Проверено 25 мая 2008 г.
- ^ Словарь метеорологии. [1] Проверено 26 мая 2015 г.
- ^ Электронные заметки.com. Погода и климат | Что такое прогноз текущей погоды? Архивировано 5 сентября 2011 г. на Wayback Machine . Проверено 8 сентября 2011 г.
- ^ Центр экологического моделирования (2008). Проверка осадков SREF. Национальные центры экологического прогнозирования . Проверено 31 декабря 2008 г.
- ^ Американский геофизический союз (1995). Вероятностный QPF для речных бассейнов. Проверено 1 января 2009 г.
- ^ Национальная метеорологическая служба (2007). Сегодня будет дождь? Понимание прогноза погоды. Техасский университет . Проверено 1 января 2009 г.
- ^ Стив Амберн (2008). Подробное определение вероятностной QPF. Архивировано 14 октября 2008 года в Wayback Machine офисе Национальной метеорологической службы , Талса, Оклахома. Проверено 1 января 2009 г.
- ^ Отдел исполнительной власти и международных отношений (2007). Метеорологические и сопутствующие исследования. Бюро метеорологии . Проверено 8 февраля 2009 г.
- ^ Эдвин С.Т. Лай и Пинг Чунг (2001). Краткосрочный прогноз осадков в Гонконге. Гонконгская обсерватория. Проверено 8 февраля 2009 г.
- ^ Дж. Им, Эд Данахер, Кейт Брилл (2004). Разработка фактора достоверности количественного прогноза осадков (QPF) с использованием краткосрочных ансамблевых прогнозов. Американский геофизический союз. Проверено 31 декабря 2008 г.
- ^ Jump up to: а б Майкл Дж. Бреннан, Джессика Л. Кларк и Марк Кляйн (2008). Проверка рекомендаций по количественному прогнозу осадков на основе моделей ЧПП и Центра гидрометеорологических прогнозов для тропических циклонов 2005–2007 гг. С воздействием осадков на континентальной части США. Американское метеорологическое общество . Проверено 31 декабря 2008 г.
- ^ Норин О. Швейн (2009). Оптимизация временных горизонтов количественного прогноза осадков, используемых в прогнозах по рекам. Архивировано 9 июня 2011 г. на 23-й конференции Wayback Machine по гидрологии. Проверено 31 декабря 2008 г.
- ^ Майкл Дж. Бреннан, Джессика Л. Кларк и Марк Кляйн. ПРОВЕРКА РУКОВОДСТВА ПО КОЛИЧЕСТВЕННОМУ ПРОГНОЗУ ОСАДКОВ НА ОСНОВЕ МОДЕЛЕЙ ЧПП И ЦЕНТРА ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДЛЯ ТРОПИЧЕСКИХ ЦИКЛОНОВ С КОНТИНЕНТАЛЬНЫМИ ДОЖДЕВЫМИ ВОЗДЕЙСТВИЯМИ США. Проверено 31 декабря 2008 г.