Терминология и оценка оправдываемости долгосрочных прогнозов погоды

Федеральное агентство по образованию



ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 

«САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 ИМЕНИ Н.Г.ЧЕРНЫШЕВСКОГО»





Кафедра метеорологии и климатологии





           





«Терминология  и оценка оправдываемости 

долгосрочных прогнозов погоды  »





Контрольная работа



специальность           073100 – Метеорология  						



студентки 	5	 курса  		      географического               факультета

       						

Черновой Елены Владимировны











Научный руководитель,

доцент, к.г.н., доцент                   __________________                         С.В.Морозова





Заведующий кафедрой,

профессор, д.т.н., профессор     __________________                        Ю.А.Скляров   







Саратов  2010

СОДЕРЖАНИЕ:









    ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………3

1.ТЕРМИНОЛОГИЯ ДПП

2.ОПРАВЫВАЕМОСТЬ ДПП……………………….…………………….7

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………….…12

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………13


ВВЕДЕНИЕ

Каждый день миллионы людей в мире смотрят телевизор, слушают радио, читают газеты, чтобы узнать о погоде. Зависимость человека от погоды отражена в древних легендах, сказках, летописях.  Первый научный трактат написан Аристотелем в 4 веке до нашей эры.  Парадоксально, но зависимость людей от погоды и важность ее предсказания увеличилась.

С одной стороны научно-технический прогресс способствует независимости нашего благополучия от погоды. Но с другой стороны сложная современная техника и коммуникации весьма чувствительны к неблагоприятной погоде, а выход их из строя, даже на короткий срок. отрицательно оказывается на работе многих предприятий. Возьмем. например, одного из наиболее широких потребителей метеорологической информации - авиацию. До ее появления не было необходимости в прогнозировании ветра и температуры воздуха на больших высотах, турбулентности, низкой облачности. Сейчас, когда авиация превратилась в важную отрасль экономики, ценность точной информации о ветре по маршруту полета и специализированных прогнозов погоды по аэродрому является одним из существенных экономических факторов воздушно-транспортных перевозок.

Погода по-прежнему оказывает значительное влияние на деятельность морского флота. Штормовые ветры, льды и айсберги, туман увеличивают вероятность повреждения судов, задержки их в пути, дополнительного расхода горючего. Сельское хозяйство особенно чувствительно к изменениям погоды. Формирование урожая и его сбор зависят в значительной степени от метеорологических факторов. Во многих странах колебания урожая под влиянием погоды достигают и даже превышают 30%. Потери урожая из-за засушливых условий, излишнего увлажнения, града, заморозков и других явлений могут быть существенно снижены при наличии прогнозов погоды и правильном их учете.




ТЕРМИНОЛОГИЯ  ДПП



Основная задача синоптической метеорологии – прогноз погоды. Нередко используется  и сходное понятие «предсказание погоды». Эти понятия являются близкими, но не вполне совпадают. Прогноз – это научное предвидение, суждение о будущем на основе научного анализа имеющейся информации. Более широким является понятие «предсказание» в его основе может лежать не только научная, но и любая другая система взглядов. 

Прогноз и совершенствование методов прогноза  являются важнейшей функцией всех отраслей естественных и общественных  наук. Способность предвидеть будущее представляет собой наиболее точный показатель уровня развития каждой науки. Все прогнозы  подлежат оценке, без чего невозможно обеспечить совершенствование наших представлений и , в конечном счете, прогрессивное развитие научных методов предсказания.

Единой международной терминологии и системы оценки ДМП еще не выработано, да и в нашей стране нередко используются различные оценки и критерии эффективности прогнозов.

С ростом заблаговременности прогноза τ уменьшается возможность прогнозировать детали синоптического положения. Содержание прогноза погоды становится более общим, все больше ограничивается средними характеристиками.

Трех дневные  прогнозы (на вторые и третьи  сутки) по содержанию близки краткосрочным суточным прогнозам. Практика работы прогностических  центров РФ, США и европейских стран показывает, что наиболее эффективное предсказание синоптического положения и погоды во внетропических районах северного полушария осуществляется на срок до 5 суток. С большей заблаговременностью (5 -10 суток) успешно прогнозируются осредненные погодные характеристики (аномалии температуры воздуха, атмосферные осадки).

Долгосрочные прогнозы (на месяц, сезон, год) должны содержать лишь обобщенные характеристик атмосферной  циркуляции и погоды. Индивидуальный прогноз на определенный момент времени и описание погоды по срокам, по- видимому, принципиально невозможным. Их составление противоречит представлению о пределе предсказуемости атмосферных процессов.

Рассмотрим наиболее простой случай оценки прогноза в одном пункте.

Среднее значение абсолютной ошибки δ=/Ф-П/ при достаточном большом числе прогнозов надежно характеризует возможности методики. Считается, что методические прогнозы точнее климатического прогноза (прогноза нормы). Ошибки климатического прогноза характеризуются модулями осредненных значений аномалии (отклонений от многолетней нормы)  

δк = 1 N ∑  / Фі – Фі */.

Здесь N – число аномалий, взятых за те же случаи, для которых составляется прогноз. Относительная ошибка (δ/δк) должна быть меньше 1, т.е.  δ ‹ δк. Заметим, что данный критерий имеет смысл, если число прогнозов достаточно велико. В отдельные периоды, когда Ф близко к Ф*, даже хорошая методика не может обеспечить относительной ошибки меньше 1.

Методический прогноз должен быть эффективнее инерционного. Чтобы получит инерционный прогноз  Пи, последнюю аномалию , известную  к моменту составления прогноза , нужно рассматривать , как прогностическую. Например, месячный прогноз температуры, на январь составляется в конце декабря. Аномалия декабря уже известна /Фх-Фх*/, тогда 

/Пи/1=/ Фх-Фх*/+Ф11.

Если мы оцениваем методику прогноза на будущий месяц, тов качестве прогностической аномалии инерционного прогноза на январь берется фактическая аномалия декабря.

Если испытывается методика прогноза с заблаговременностью 2 месяца. То декабрьская аномалия будет инерционным прогнозом аномалии на февраль:

/Пи/11=/Фх11-Фх11*/+Ф11

При среднесрочном прогнозе сравнение с инерционным прогнозом является реальной  и необходимой характеристикой  его эффективности. Если синоптическая  ситуация устойчива и на большей территории  сохраняется  географическая  локализация  циклонических и антициклонических полей, инерционный прогноз будет иметь довольно  высокий уровень оправдаваемости. Превысить этот уровень не всегда удается. При организации испытаний методики среднесрочного прогноза нужно предусмотреть включение периодов и с устойчивой, и с быстро меняющейся синоптической обстановкой.

Инерционные прогнозы с большой заблаговременностью, как правило, имеют низкий уровень оправдываемости. Однако при наличии,  в каком- либо районе выраженного тренда или, например, при прогнозе  термических условий в океанических районах сравнение с инерционным прогнозом желательно. 

Более сложной системой оценки является сравнение методических прогнозов со «случайными». В США этот вид оценки имеет основное значение. Применяется он и в ряде других стран.













2. ОПРАВДЫВАЕМОСТЬ ДПП

Уровень оправдываемости случайного  прогноза определяется на основе обобщения многолетних материалов наблюдений и построения интегральных кривых  обеспеченности. По этим кривым выделяется  несколько градаций с заданной обеспеченностью. Обычно выделяют три-пять градаций. Градации могут быть равновероятными (иметь одинаковую статистическую обеспеченность) или включать различные  части многолетнего ряда наблюдений.

После выделения определенного числа градаций и их обеспеченности необходимо установить критерии оправдываемости. При оценке месячных прогнозов в США оправдавшимся считается прогноз не только в случае совпадения прогностической и фактической градаций, но и при фактическом осуществлении соседей градации. Оценка будет более строгой, если осуществлении градации, соседей с прогнозируемой, оценивается в 50 % .

Определение уровня   оправдываемости случайного прогноза производится один раз. Методические прогнозы оцениваются таким же образом, их сравнение   с уровнем оправдываемости случайного прогноза дает представление об эффективности. Месячные прогнозы температуры воздуха, как показывают оценки, выполненные в США, эффективнее случайного прогноза при 5 диагностических и прогностических градациях на 10-15 %.Месячный прогноз осадков в трех градациях эффективнее случайных прогнозов на 2-4%.

В 1977 г. в нашей стране введена единая терминология краткосрочных и среднесрочных прогнозов погоды и предупреждений об опасных и особо опасных явлениях. Прогнозы погоды на сутки последующие двое суток (трехдневные) составляются к 11-14 ч. местного времени. 

Трехдневные прогнозы составляются только по району. В них используются те же градации облачности, осадков,  ветра, температуры воздуха, что и в краткосрочных прогнозах.

Прогнозы среднего количества осадков на 5 суток даются по «квадратам» (5˚ по широте, 10 ˚ по долготе). Используются следующие пять градаций: без осадков, слабые или небольшие, умеренные, значительные и сильные осадки.

Прогнозы аномалий средней температуры воздуха на 5 суток и 10 суток даются по пунктам, по сети опорных станций. Используется интервал 5 ˚ С, причем прогнозируется аномалия -  отклонение от многолетней нормы соответствующей пентады или декады. Оценка оправдываемости прогнозов осадков производится согласно табл.1.



Прогностическая градация

Количество осадков, мм

Оправдываемость прогноза при фактической сумме осадков, мм





100%

50%

0%

Без осадков

0

0-3

4-5

≥6

Слабые, небольшие

1-3

0-6

7-8

≥9

Умеренные

4-8

2-15

>1,6-22

0,≥23

Осадки

9-15

6-29

>4-5,30-39

≤4,40

Значительные

16-49

9-49

7-8

≤6,≤50

Сильные

50

30

12-29

≤11



Прогнозы температуры  воздуха на пентаду по территории ЕЧС , Западной Сибири и Казахстана оправдываются на 85-87%, на декаду -  на 82-85%. Прогнозы количества осадков на 5 дней оправдывались на 80-85 %.

В течение нескольких десятилетий в содержание месячных прогнозов в СССР наряду со средними месячными значениями температуры воздуха и градациями атмосферных осадков включалось детальное (по синоптическим периодам) описание внутримесячного хода погоды по ряду крупных районов. Технически составление прогнозов хода атмосферной циркуляции и годы внутри месяца производилось на основе выбора месяца-аналога. Выбор аналога осуществлялся за 20 дней, а официальная публикация текста прогноза происходила за 8-10 дней до наступления прогнозируемого месяца.

В связи с изменениями в методике составления месячного прогноза терминология месячных прогнозов стала другой.

Согласно новому Наставлению по службе прогнозов, введенному в действие в январе 1982 г., прогноз аномалии месячной температуры воздуха дается в  трех градациях: норма – коло среднего многолетнего значения ( аномалии не превышает +\- 1 ˚ С) , выше и ниже нормы.

Прогнозы осадков дается в отклонениях от среднего многолетнего количества осадков в месяце также в тех градациях: П2 – около нормы (80-120 %), П3 – больше (>120%)  и П1 -  меньше (<80 %) нормы. В содержание прогноза может быть включена информация о волнах тепла или холода. По запросам отдельных министерств и ведомств и указаниям Госкомгидромета составляются специализированные месячные прогнозы.     Месячные прогнозы публикуются в Бюллетени или сообщаются потребителю местными организациями Госкомгидромеда в виде информационных писем. В предложении к бюллетеню даются карты норм средней месячной температуры, карты норм осадков  и ожидаемых отклонений от норм.  В качестве примера на рис.1 приводится прогноз аномалий  температуры на октябрь 1984 г.и фактические аномалии ∆Тф в этом месяце.

При оценке прогнозов используется определенная сеть опорных станций. Оправдываемость прогнозов на  станциях в районе обслуживания оценивается с помощью табл.2.

Прогноз

Фактически наблюдалась



Ф1

Ф2

Ф3

П1

n 11

n12 

n 13

П2

n 21

n 22

n 23

П3

n 31

n 32 

n 33 

 

В этой таблице n -  число станций, на которых давался прогноз Пi =1,2,3 и осуществлялись градации Ф i= 1,2,3.

Р=1( 100 n11 + 50 n12+25n21+100n22+25n23+50n32+100n33).

Прогноз считается оправдавшимся при Р>50%.

	Оценка прогноза аномалий температуры (∆Т) производится по табл.3

Прогноз 

Фактическая наблюдаемость



Ф1

Ф2

Ф3

П1

100

50

0

П2

25

100

25

П3

0

50

100

Оценка прогноза осадков в районе РR определяется по формуле:

РR=1/S (100S1+50S2),

 где S1- суммарная площадь (число «квадратов»), на которой прогноз и фактически оправдавшаяся градация совпали; S2- суммарная площадь (число «квадратов»), на которой фактически была соседняя с прогнозом градация.

	Прогноз месячной суммы осадков считается оправдавшимся, если PR › 57 %.

Гидрометцентр СССР составляет сезонные прогнозы аномалии температуры (∆Тп) и количества осадков (∆Rп) для шести е.с. сезонов с заблаговременностью 20-25 дней. В случае необходимости сезонные прогнозы уточняются. Продолжительность прогнозируемого синоптического сезона и дата его начала должны учитываться при 



оценке. Фактические аномалии берутся по пятидневкам (по декадам и месяцу, если последние полностью входят в сроки прогнозируемого сезона).

	Вычисляются критерии p и Q по опорной сети  станций (на территории ЕЧС, Западной  Сибири, Казахстана, средней Азии и Закавказья, таких станций 53): 

Р=nопр-nнеопор/N,

Q=1/N ∑ /∆Tп-∆Тф/i/δi

Оправдываемость прогноза (Р%) по знаку (совпадение знака  /∆Tп и ∆Тф/ вычисляется по формуле:

Р= 50 (1 + р).

Вычисляется также абсолютная ошибка прогноза: 

/δТ/=1/N ∑ /∆Tп и ∆Тф/i/

Она должна быть меньше среднего значения δ.

	Итоговая оценка дается согласно следующим правилам : 4 балла (хорошо) – при Р›50% и / δТ/ ‹ δ; 3 балла (удовлетворительно) – при Р ≥50 %, но / δТ/ › δ или при Р ‹ 50% и / δТ/ ‹ δ ; 2 балла (неудовлетворительно) – при Р ‹ 50% / δТ/ › δ.

	Прогнозы осадков оцениваются по трем градациям (П1, П2, П3 и Ф1, Ф2, Ф3), как и в случае месячных прогнозов. Учитывается  дата начала и продолжительность прогнозируемого сезона. При этом используются следующие оценки : 4 балла (хорошо) – при Р › 60%, 3 балла (удовлетворительно) – при 50 ‹Р‹60%, 2 балла (неудовлетворительно) – при Р ‹ 50%.

	 В качестве примера на рис.2 показаны прогностические и фактические аномалии температуры воздуха и атмосферных осадков на е.с. сезон осени 1984 г.























ЗАКЛЮЧЕНИЕ



Наибольший вклад долгосрочные прогнозы погоды вносят в обеспечение безопасности людей. Тропические циклоны, ураганные ветры, смерчи, град, сильные снегопады, внезапные наводнения наносят не только огромный экономический ущерб, по и уносят человеческие жизни. Ежегодно, в среднем в атмосфере возникает примерно 80 тропических циклонов, под воздействием которых погибает около 20 тысяч человек. а экономический ущерб начисляется в 7 миллиардов долларов. В будущем потребности в прогнозах погоды еще более расширятся, по мере развития различных видов транспорта, индустрии, энергетики. Уже сейчас нужны прогнозы условий загрязнения воздуха, включая перенос областей загрязнения на большие расстояния. 

Иначе говоря, роль погоды как природного ресурса возрастает, тот, кто сможет точнее предсказывать состояние атмосферы, тот будет эффективнее использовать этот ресурс для развития экономики и защиты населения и собственности от опасных явлений. Это особенно относится к странам, территория которых расположена в различных климатических зонах и подвержена резким изменениям погоды



























СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ:



1.Н.А. Багров, Д.А.Педь, А.И. Угрюмов «Долгосрочные метеорологические прогнозы», Ленинград Гидрометеоиздат, 1985.

2. http://meteo.ucoz.ru/index/prognoz_pogody/0-32



 

 









2