ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ ЧИСЛЕННЫХ ПРОГНОЗОВ ПОГОДЫ ПО ОГРАНИЧЕННОМУ РЕГИОНУ

В Вычислительном центре Регионального специализированного метеорологического центра Всемирной службы погоды в г. Хабаровске (РСМЦ Хабаровск) на платформе SGI Altix 4700 функционирует система численных прогнозов погоды (ЧПП) на базе негидростатической модели Weather Research and Forecasting с динамическим ядром Advanced Research WRF (WRF–ARW) для территории Дальнего Востока России под названием «Хаб-15».

Согласно Плана испытаний новых и усовершенствованных методов гидрометеорологических и гелиофизических прогнозов Росгидромета на 2014 – 2015 гг. испытывались методы краткосрочного (до 72 часов) прогноза элементов погоды (экстремальных и срочных значений температуры воздуха у земли, скорости и направления приземного ветра, полусуточных сумм осадков) в пунктах Дальневосточного региона России (всего 333 пункта) по данным модели WRF–ARW с горизонтальным разрешением 15 км («Хаб–15»). Испытания проходили в период с 1 января по 31 декабря 2014 г.

Решение ЦМКП Росгидромета

Рассмотрев результаты испытаний методов прогноза элементов погоды в пунктах, расположенных на территории Дальнего Востока России, по модели WRF-ARW с горизонтальным разрешением 15 км («Хаб-15»).

ЦМКП рекомендовала:

• ФГБУ «ДВНИГМИ» довести до сведения УГМС ДВ-региона результаты испытаний и рекомендации по использованию прогнозов в оперативной практике;
• УГМС ДВ-региона принять за основу рекомендуемые ФГБУ «ДВНИГМИ» и Техническим советом Дальневосточного УГМС статусы внедрения прогнозов элементов погоды по разработанной технологии на базе модели WRF-ARW;
• авторам продолжить работу по совершенствованию технологии прогноза элементов и явлений погоды на территории Дальнего Востока России с учетом физико-географических и климатических особенностей.

Описание системы численных прогнозов погоды «Хаб-15» для Дальневосточного региона России

Модель WRF-ARW разработана и развивается сообществом исследовательских организаций США, в том числе Национальным центром исследований атмосферы (NCAR), группой национальных центров прогнозирования состояния окружающей среды (NCEP) и др.

Вычислительное ядро ARW основано на негидростатических уравнениях для сжимаемой жидкости, записанных в декартовых координатах по горизонтали и с использованием специальной вертикальной орографической координаты, которая определяется через гидростатическую составляющую давления. Система уравнений, записанная для возмущений метеорологических величин, включает эволюционные уравнения для расчета трех компонент вектора ветра, геопотенциала, потенциальной температуры, уравнение баланса массы и ряд дополнительных диагностических соотношений. Уравнения модели рассчитываются численно с использование модифицированного метода Рунге-Кутта. Исходный код модели свободно распространяется и обновляется примерно два раза в год. В системе ЧПП «Хаб-15» используется модель версии 3.4.1.

Модель инициализируется и использует в качестве граничных данных продукцию системы Global Forecasting System с разрешением 0,5° (NCEP). По вертикали от уровня земли до изобарической поверхности 10 гПа задана неравномерная сетка из 31 уровня с наиболее подробным разрешением в пограничном слое атмосферы. Область расчета модели состоит из одного домена. Он покрывает территорию примерно ограниченную 30°-80° с.ш. и 90°-180° в.д. сеткой включающей 501 на 401 точек с шагом по горизонтали в 15 км (рисунок 1). Центральная точка сетки находится в г. Хабаровске. Область расчета выбрана с таким расчетом, чтобы покрыть основные регионы, оказывающие влияние на атмосферные процессы Дальнего Востока России. Шаг по времени составляет 60 с. Время одного расчета составляет порядка четырех часов на суперкомпьютере SGI Altix 4700 производительностью 0,6 ТФлопс.

Рисунок 1 -  Область расчета системы ЧПП «Хаб-15»

Параметризации различных процессов для модели WRF-ARW были подобраны на анализе и сравнении численных экспериментов за 2011-2012 годы. Схема конвекции Kain–Fritsch выбрана потому, что она была протестирована во многих других работах. Параметризация почвы и подстилающей поверхности Noah наиболее универсальная параметризация такого типа в модели WRF. Эта схема согласуется со схемой параметризации пограничного слоя Yonsei University и схемой подобия приземного слоя MM5. Параметризации коротковолновой радиации Dudhia и Rapid Radiative Transfer Model выбраны потому, что они реализованы во многих моделях прогноза погоды и протестированы для различных случаев. Параметризация микрофизики WRF Single-Moment 6-class подходит для применения на сетках с шагом более 10 км.

Расчеты системы ЧПП выполняют дважды в сутки от 00 ч. Всемирного согласованного времени (ВСВ) и от 12 ч. ВСВ. Выходная продукция модели представлена картами-слайдами, на которые нанесены метеорологические поля, информационными метеограммами, прогностическими таблицами по перечню пунктов прогноза, основные данные расчетов передаются потребителям в коде GRIB.

Метеорологические прогнозы модели используются как начальные и граничные данные в модели штормовых нагонов для Охотского и Японского морей (Ю.В. Любицкий, ДВНИГМИ).

Контактная информация:

Оперативные прогнозы погоды ФГБУ «Дальневосточное УГМС»: http://khabmeteo.ru.

Научно-методическое сопровождение и развитие системы ЧПП осуществляется под руководством ФГБУ «ДВНИГМИ»: http://ferhri.org.

Оперативная продукция системы ЧПП «Хаб-15»:

• http://meteo-dv.ru/gis.html,
• http://ferhri.org/index.php?option=com_content&view=article&id=318:2013-03-14-01-59-43&catid=99:-wrf&Itemid=94
• http://ferhri.org/index.php?option=com_content&view=article&id=340:new-wrf-&catid=99:-wrf&Itemid=94

Детальная информация о системе ЧПП «Хаб-15» расположена на сайтах http://khabmeteo.ru, http://ferhri.org/, http://www.wrf-model.org/index.php (сайт модели WRF-ARW) и представлена в следующих статьях:

1. Романский С.О., Вербицкая Е.М. Краткосрочный численный прогноз погоды высокого пространственного разрешения по Владивостоку на базе модели WRF–ARW // Вестник ДВО РАН. – 2014. – № 5 (177). – C. 48-57.
2. Вербицкая Е.М., Романский С.О. Применение высокопроизводительных систем для численного прогноза погоды в Дальневосточном регионе России // Вестник Тихоокеанского государственного университета. – 2015. – № 3 (38). – C. 131-140.
3. Romanskiy, S., and E. Verbitskaya, 2016: The 2013 Amur River flood: Operational numerical simulation of prolonged precipitation. // J. Meteor. Soc. Japan, 94, 137-150.
4. Вербицкая Е.М., Романский С.О. Результаты испытаний краткосрочных оперативных прогнозов мезомасштабной модели WRF-ARW «ХАБ-15» в пунктах Дальневосточного региона России // Информационный сборник № 43 «Результаты испытания новых и усовершенствованных технологий, моделей и методов гидрометеорологических прогнозов». – 2016. – С. 32–62.
5. Вербицкая Е.М., Романский С.О. Система численных прогнозов погоды для метеорологического обслуживания авиации в Дальневосточном регионе России // Метеоспектр. – 2016. – № 4. – С. 50–55.