Класифікація сучасних прогнозів погоди

Основні види прогнозів та їх особливості.

У недавній публікації ми розповідали про те, як складаються прогнози погоди, що таке прогностичні моделі і як вони працюють. Сьогодні розглянемо більш детально основні види прогнозів та їх особливості.

Прогнози погоди прийнято класифікувати за ступенем завчасності на три основні групи: короткострокові, довгострокові і наукастинг (прогнози «на зараз»). Серед них виділяють ще середньострокові (консультативні, від 4 до 10 діб) і кліматичні прогнози (на термін понад 2-х років).

Складання короткострокових прогнозів погоди є завданням синоптиків національних метеорологічних центрів або їхніх підрозділів. Це найбільш популярні прогнози, які готуються на найближчі 1 – 3 доби. Методика їх складання така, що спочатку прогнозист виявляє великомасштабні процеси в атмосфері, що визначають характер погоди в загальних рисах. З цією метою зазвичай проводиться синоптичний аналіз. Його суть полягає у визначенні на картах погоди основних синоптичних об'єктів — циклонів, антициклонів, атмосферних фронтів, струменевих течій. Потім фахівець визначає, які з них пройдуть через його зону відповідальності, і описує приблизний хід погоди на підставі вже відомих зв'язків між ними і метеорологічними величинами та явищами. Наприклад, кожному відомо, що циклон, як правило, приносить неспокійну, вітряну погоду і рясні опади, а в антициклоні зазвичай малохмарно і сухо. Звичайно, в роботі синоптика все набагато складніше, але загальний вигляд таких правил залишається приблизно тим же.

Кожному прогнозисту відомо, що проведення атмосферних фронтів на картах погоди значною мірою є суб'єктивним. Існує навіть приказка: «Скільки синоптиків, стільки й фронтів». Щоб зменшити залежність фронтологічного аналізу від «людського фактору» — особистості прогнозиста, розроблені методи об'єктивного аналізу атмосферних фронтів, засновані на даних чисельних моделей і метеорологічних супутників. Широке впровадження цих методів у прогностичну практику стало можливим після появи автоматизованих робочих місць (АРМ) прогнозиста, що дозволяє швидко виконувати складні розрахунки різних параметрів атмосфери. Синоптикам залишається лише злегка підкоригувати положення фронтів, звірившись з приземної картою погоди.

Після виявлення циклонів, антициклонів, атмосферних фронтів, які будуть визначати характер погоди в пункті прогнозу, синоптик встановлює, чи правильно в чисельних моделях врахована синоптична ситуація. У більшості випадків у гідродинамічний прогноз потрібно вносити лише незначні коригування або не вносити їх зовсім. Однак іноді значні помилки містяться вже у вихідних даних, не кажучи про майбутній стан атмосфери. Тоді прогнозист вдається до використання методу траєкторій. Він самостійно визначає за приземною і висотними картами погоди, звідки в його зону відповідальності надійде повітряна маса і які зміни зазнає вона на своєму шляху. Тут синоптикам допомагає особистий досвід і досвід своїх колег, узагальнений у вигляді регіональних методик прогнозування. Метеоролог може застосовувати кліматичні дані, щоб оцінити вірогідність отриманого сценарію розвитку погодних процесів. Практика показує, що такі уточнення чисельного прогнозу можуть бути дуже корисними.

Також досвід фахівця допомагає йому визначити, які з безлічі прогностичних моделей найкраще «працюють» у його регіоні прогнозування. Приміром, одна модель чудово прогнозує хід температури, інша з високою точністю «бачить» тумани, третя добре прораховує максимальні пориви вітру тощо. Тому, на виході для споживачів прогноз погоди являє собою складну комбінацію багатьох чинників і завдяки цьому його точність з кожним роком зростає і на даний момент по Україні досягає в середньому 98 - 99% на першу добу і 95 – 97% на другу і третю добу.

Прогноз поточної погоди (наукастинг) є особливою, абсолютно самостійною гілкою прогностичної метеорології. Завчасність такого прогнозу, як правило, не перевищує 2 години. Отже, синоптику доводиться мати справу зі швидко протікаючими атмосферними процесами. Найчастіше говорять про наукастинг розвитку конвективних (купчасто-дощових) хмар та пов'язаних з ними небезпечних метеорологічних явищ (НЯ) — зливових опадів, гроз, граду, шквалів, смерчів. Основними споживачами прогнозів поточної погоди є авіація, морський флот та протиградові служби, але іноді така інформація доводиться і до цивільного населення.

Основне завдання наукастинга — виявляти на картах погоди перші ознаки розвитку небезпечних явищ, а потім відстежувати їх переміщення. Для цього використовуються дані щільної мережі метеостанцій, а також супутників, метеорологічних радіолокаторів (МРЛ) і систем грозопеленгації. В теперішній час отримали широке застосування доплерівські МРЛ, які дозволяють не тільки спостерігати за еволюцією хмарності, але і миттєво оцінювати швидкість і напрямок її переміщення (на основі ефекту Доплера), швидко визначати зони конвективних НЯ. Дані оновлюються кожні 5 - 15 хв, чого достатньо для своєчасної видачі штормового попередження.

Термін «наукастинг» (від англ. - Nowcasting) був введений в активний ужиток ще в 1980-х роках у Метофісі (MetOffice) Великобританії К. Браунінгом при описі технології екстраполяції послідовності радарних зображень для прогнозу опадів.

На рисунку наведена карта радіолокаційного відображення мережі МРЛ Німеччини в 13 год 45 хв 19 серпня 2013 р. (час всесвітній), де вказані скупчення купчасто-дощових хмар, напрям їх переміщення і їх розташування через 1 годину. Це наочний приклад напівавтоматичного наукастинга небезпечних конвективних явищ для локальної території.

Складання довгострокових прогнозів погоди є однією з найважливіших завдань метеорології, яка, на жаль, так і не отримала остаточного розвитку на сьогоднішній момент. Загальноприйнятої методики їх підготовки не існує, а вже створені є ненадійними. Тим не менш застосування останніх дає деякі практичні результати. Серед прогнозистів і споживачів найбільш затребуваними в даній категорії є прогнози на місяць і сезон. Ми часто можемо бачити заголовки у ЗМІ про те, яка буде зима , або коли випаде перший сніг. Але точність і практична значущість подібних прогнозів все ще залишає бажати кращого, незважаючи на стрімкий прогрес чисельного моделювання та удосконалення матеріально-технічної бази.

На даний момент широко поширений метод аналогів. Він ґрунтується на припущенні, що якщо в поточному місяці або сезоні встановився певний характер загальної циркуляції атмосфери і аналогічна ситуація вже спостерігалася в минулому, то подібний розвиток синоптичних процесів слід очікувати в майбутньому. Недолік даного методу полягає у суб'єктивності вибору аналогів і в тому, що навіть мале відхилення фактичної обстановки від аналога може призвести до невірного складання прогнозу.

Іншою методикою є прогноз по першій декаді. Суть його полягає в тому, що тенденція розвитку синоптичних умов в першій декаді місяця визначає те, яким у підсумку виявиться місяць в цілому. Найкраще цей метод працює для температури повітря і його справджуваність іноді сягає 70 – 75%. Приміром, чисельні моделі показали, що в перші 10 днів місяця буде спостерігатися аномально тепла погода, а значить і весь місяць в цілому з високим ступенем ймовірності може вийти тепліше норми. Але в цій методиці не враховані подальші процеси в атмосфері, які можуть кардинально змінитися у другій половині місяця.

В останні роки з'явилося безліч прогностичних кліматичних моделей, які дають непогані результати на місяць вперед. Серед них можна виділити CFS (ClimateForecastSystem), CanSIPS і деякі інші. Серед продукції даних моделей крім температури повітря, розраховуються також аномалії кількості опадів, приземного тиску і висотних полів геопотенціалу. Аналіз таких даних дозволяє виділити орієнтовні чинники і процеси, які обумовлюватимуть погодні умови в певній місцевості на найближчий місяць. Однак, через фактор випадковості атмосферних процесів і виникнення початкових помилок, якість довгострокових прогнозів поки ще залишається на досить низькому рівні. Приклад довгострокового прогнозу аномалій кількості опадів у Європі по моделі CFS представлений на карті (для грудня 2021 р).

Досить часто явні помилки виникають в прогнозах навіть на найближчі 12 – 24 години, не кажучи вже про більш довгострокові. Чому так відбувається і з чим пов'язані неточності, ми розповімо в наступній публікації.

Підготував Ігор Кібальчич, кандидат географічних наук, синоптик.