Ученые разработали новую схему оперативного прогноза погоды

Сотрудники НИУ ВШЭ и Гидрометцентра России предложили новую схему оперативного краткосрочного прогноза ветра и его порывов, приземной температуры и влажности воздуха. Она существенно уменьшает погрешность использующихся систем. Результаты (т.е. оценки средних ошибок прогнозов разной заблаговременности и их сравнение с результатами конкурентов) были опубликованы в журнале «Метеорология и гидрология». 

Авторы основывались на нескольких глобальных и региональных гидродинамических схемах прогноза: UKMO (Великобритания), NCEP (США), JMA (Япония), PLAV (Россия), Cosmo-Ru7 (Россия), Cosmo-Ru13 (Россия), WRF-18 (Россия). К прогнозам этих схем для 2800 метеостанций были применены методы статистической обработки временных рядов. С помощью машинного обучения был выработан комплексный прогноз, позволяющий повысить качество существующих схем.

— Мы берем несколько моделей — российских и тех, которые мы получаем по международному обмену, — их совместно обрабатываем, используя при этом реальные данные с тысяч синоптических станций за годы наблюдений. Эти большие архивы позволяют сварить некий «компот» и улучшить результаты, то есть уменьшить ошибку по сравнению с лучшим из ингредиентов, взятых для анализа, — комментирует один из авторов исследования, профессор департамента математики факультета экономических наук НИУ ВШЭ Владимир Гордин.

Также он рассказал, как можно использовать эту схему на практике: «В СССР была организована мощная система метеорологических наблюдений. Она несколько ужалась, она почти не модернизировалась, но как-то продолжает действовать. Отечественные измерительные приборы в большой степени вытеснены импортными. Здесь у России много проблем. Зато эти приборы (и даже автоматические метеостанции) сейчас есть в продаже. И можно себе представить, что какая-то организация, фирма или даже частное лицо пожелает такую метеостанцию приобрести. Сама по себе она мало что даст покупателю, — какая вокруг него погода он и без всякой станции ощущает.

А вот если он зарегистрируется, получит индивидуальный позывной и будет регулярно и качественно передавать измерения, то наша схема в ответ ему сможет присылать прогнозы на несколько суток. Заводу, санаторию, рыбаку, перевозчику, строителю, энергетику такие прогнозы, если они точны и своевременны, могут крепко пригодиться. С помощью нашей схемы прогноза погоды можно, например, существенно уточнить почасовой прогноз энергопотребления по субъектам РФ или суточное количество выездов службы «Скорая помощь» по отдельным группам диагнозов».

Разработанный метод позволяет получать более точные прогнозы погоды по 2800 пунктам России, стран Восточной Европы и Средней Азии, а прогнозы по 240 пунктам России размещаются на сайте (есть ответвления для городов Белоруссии и для Республик Средней Азии).

Авторы провели сопоставление ошибок минимальной и максимальной температуры для нескольких популярных сайтов на архиве с января 2016 года по июнь 2017 года для Москвы, Санкт-Петербурга и Якутска. Прогнозы имеют разную заблаговременность. На рисунке 1 отображены средние абсолютные ошибки этих прогнозов за полтора года. Здесь же для сопоставления показаны ошибки прогнозов по новой схеме (КОМПЛ-В) с заблаговременностью до 4 суток, если бы по этому варианту велись расчеты в этот период.

 

Рис. 1. Средняя абсолютная ошибка прогнозов минимальной (а) и максимальной (б) температуры по городам: Москва, Санкт-Петербург, Якутск за период 1 января 2016 г. — 30 июня 2017 г. Прогнозы сайтов: 1 — Meteoinfo.ru; 2 — Gismeteo.ru; 3 — Fobos (meteovesti.ru); 4 — Rp5.ru; 5 — Yandex.ru; 6 — Intellicast.com; 7 — КОМПЛ-В.

Видно, что точность комплексного прогноза минимальной температуры КОМПЛ-В до 4 суток и максимальной температуры до 2 суток оказалась в этом соревновании лучшей, а далее она переходит на второе место и уступает точности прогнозов сайта Intellicast.com.

Авторы также разработали схему прогнозов шквалов (опасных порывов ветра) и на их основе построили свою систему, которая дает точнее предупреждения об опасности данные и реже - ложные тревоги. Последнее очень важно. За каждой ложной тревогой и экономические потери, и утрата доверия пользователей прогнозов.

После разработки нового комплексного прогноза было проведено сравнение прогнозируемой скорости порывов в разных схемах с фактической скоростью. Испытания прогноза шквалов были выполнены раздельно в холодные сезоны 2015-17 гг. (14 месяцев с октября по апрель) и в теплые сезоны 2015-16 гг. (10 месяцев с мая по сентябрь) с учетом специфики для Европейской и Азиатской частей России. При этом была проанализирована различная заблаговременность прогнозов — за 12, 24 и 36 часов. Показано, что схема комплексного прогноза и для шквалов показывает более точную информацию.

Опубликованные летом 2018 года результаты были получены годом ранее. Теперь схема комплексного прогноза работает еще точнее. 

24 октября, 2018 г.