Система анализа и прогноза атмосферной циркуляции в Черноморском регионе
Разработана полностью автоматизированная система оперативного диагноза и
 прогноза погоды в Черноморском регионе на базе мезомасштабной модели
 атмосферной циркуляции MM5 версии 3.7. Описаны программные решения
 автоматизации системы....
Saved in:
| Published in: | Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Морський гідрофізичний інститут НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/112489 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Система анализа и прогноза атмосферной циркуляции в Черноморском регионе / В.С. Барабанов, М.В. Шокуров // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2011. — Вип. 24. — С. 190-195. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860076042514857984 |
|---|---|
| author | Барабанов, В.С. Шокуров, М.В. |
| author_facet | Барабанов, В.С. Шокуров, М.В. |
| citation_txt | Система анализа и прогноза атмосферной циркуляции в Черноморском регионе / В.С. Барабанов, М.В. Шокуров // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2011. — Вип. 24. — С. 190-195. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу |
| description | Разработана полностью автоматизированная система оперативного диагноза и
прогноза погоды в Черноморском регионе на базе мезомасштабной модели
атмосферной циркуляции MM5 версии 3.7. Описаны программные решения
автоматизации системы.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:13:25Z |
| format | Article |
| fulltext |
190
УДК 5 5 1 .5 84
В .С . Барабанов , М .В . Шокуров
Морской гидрофизический институт НАН Украины, г.Севастополь
СИСТЕМА АНАЛИЗА И ПРОГНОЗА АТМОСФЕРНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ
В ЧЕРНОМОРСКОМ РЕГИОНЕ
Разработана полностью автоматизированная система оперативного диагноза и
прогноза погоды в Черноморском регионе на базе мезомасштабной модели
атмосферной циркуляции MM5 версии 3.7. Описаны программные решения
автоматизации системы.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА : Черноморский регион, атмосферная циркуляция,
математическое моделирование, модель ММ5.
Введение. Региональные модели атмосферной циркуляции в настоящее
время широко применяются для расчета погоды и климата с учетом
воздействия подстилающей поверхности на атмосферную циркуляцию.
Режим работы этих моделей определяется целями исследования. Так, в сис-
темах прогноза погоды проводится расчет на срок до 7 дней, начальные и
граничные условия берутся из массивов данных, полученных в результате
работы одной из глобальных прогностических моделей (чаще всего ис-
пользуется свободно доступный американский массив GFS). В исследо-
ваниях климата расчет производится на длительные сроки с подстановкой
только граничных условий, полученных из полей реанализа, таких как мас-
сивы NCEP/NCAR или ERA-40. В режиме анализа используются как поля
анализа глобальных моделей (массив GDAS и др.), так и данные наблю-
дений, включая спутниковые. В этом случае расчет предполагает не только
решение системы так называемых «примитивных» уравнений термо- и гид-
родинамики с заданными граничными условиями, но и выполнение проце-
дур усвоения данных, позволяющих оптимальным образом приблизить рас-
четные поля к наблюдаемым.
Система прогноза погоды Морского гидрофизического института НАН
Украины разрабатывалась с целью получения граничных условий на поверх-
ности для моделей циркуляции вод моря. Она основана на свободно распрост-
раняемой мезомасштабной модели MM5, адаптированная версия которой с
успехом используется в МГИ НАН Украины в течение ряда лет. Расчетная
область данной модели, показанная на рис. 1, была выбрана специально с
целью детального воспроизведения состояния атмосферы для акватории
Черного моря. Целью данной работы является описание системы прогноза в
ее современной полностью автоматизированной версии.
Модель. Нами использовалась версия 3.7 свободно распространяемой
модели ММ5. Это последняя версия модели, после выпуска которой в 2004 г.
развитие этой модели было завершено. Шаг сетки по горизонтали составлял
10 км, по вертикали имелось 23 неравномерно расположенных уровня, со
следующими значениями σ-координат: 0,995; 0,985; 0,970; 0,945; 0,910;
© В .С . Барабанов , М .В . Шокуров , 2011
191
0,870; 0,825; 0,775; 0,725; 0,675; 0,625; 0,575; 0,525; 0,475; 0,425; 0,375;
0,325; 0,275; 0,225; 0,175; 0,125; 0,075; 0,025.
Оперативный прогноз на трое суток организовывался с использованием
в качестве начальных и граничных данных американского массива GFS с
исходным разрешением 0,5°, имеющегося в открытом доступе на сервере
http://www.nomad3.ncep.noaa.gov.
Граничное условие на подстилающей поверхности для акватории Черного
моря бралось из пополняемого оперативного архива данных о глобальной
температуре поверхности океана Reynolds SST, размещенного на сервере
NOMADS – электронный адрес: http://nomads6.ncdc.noaa.gov/pub/raid1c/sst. Эти
данные также имеют пространственное разрешение 1° × 1° и обновляются
раз в неделю. Для составления этого архива используются все имеющиеся
оперативные измерения, включая спутниковые.
В модели ММ5 предусмотрены реализации различных схем парамет-
ризации подсеточных процессов, выбор которых осуществляется исходя из
пространственного разрешения, географического расположения доменов и
других особенностей конкретной реализации модели. Детальные сведения о
реализованных параметризациях могут быть найдены в документации мо-
дели. Текущая комбинация параметризационных схем выбрана по следую-
щей методике. Был проведен климатический реанализ атмосферной цирку-
ляции над акваторией Черного моря с использованием в качестве входных
данных массива GDAS с разрешением 1° на годичный срок с разными кон-
фигурациями модели и исследована зависимость теплового баланса на по-
верхности Черного моря от выбора схем параметризации пограничного
слоя, мелкой конвекции, а также модели почвы для побережий. Как ока-
залось, минимальный дисбаланс по тепловым потокам достигался при ис-
пользовании конфигурации, включавшей: схему MRF для погранслоя, пяти-
слойную модель почвы и отключение параметризации мелкой конвекции.
24° 26° 28° 30° 32° 34° 36° 38° 40° 42° 44° в.д.
Рис . 1 . Расчетная область модели.
с.ш.
48°
46°
44°
42°
40°
192
Ниже перечислены окончательно выбранные варианты параметризаций:
1. Для параметризации физических процессов в пограничном слое
выбиралась схема MRF.
2. Для параметризации кучевой конвекции использовалась схема Grell.
3. Для расчета переноса излучения в атмосфере применялась схема
RRTM.
4. Для расчета переноса гидрометеоров использовалась схема Simple Ice
с одной формой льда в атмосфере.
5. Для расчета потоков тепла на поверхности суши использовалась
пятислойная модель.
Автоматизация системы прогноза. Следует отметить, что модель MM5 в
исходном виде плохо приспособлена для работы в оперативном режиме.
Полный цикл работы системы прогноза включает следующие этапы:
1. Загрузка исходных данных в формате GRIB2 (прогнозов GFS и
данных Reynolds SST) по каналам Интернет.
2. Установка даты начала прогноза, выбор нужных сроков и
переменных в исходных данных, считывание данных и конвертация
их во внутренний формат модели, запуск программы аппрок-
симации данных для расчетной сетки модели.
3. Запуск непосредственно мезомасштабной модели MM5.
4. Конвертация внутреннего формата данных в стандартный,
пригодный для передачи в морские модели и для работы систем
визуализации (с использованием готовых свободно распространя-
емых программ MM5toGrADS и mm5tonetcdf).
5. Отрисовка карт прогнозов по основным метеорологическим
параметрам (система визуализации GrADS), копирование готовых
карт на Web-сайт, копирование результатов расчета в стандартном
формате для дальнейшего использования в морских моделях.
Ранее нами была проведена частичная автоматизация системы прогноза
[1], не включавшая этап перекачки и конвертации данных в формате GRIB2. В
настоящее время все перечисленные этапы последовательно отрабатываются
разработанной автоматизированной системой, включающейся в заданное вре-
мя (8 утра по местному времени, после появления на сайте NOMADS глобаль-
ного прогноза GFS) стандартным средством Unix-подобных систем cron. Пре-
дусмотрена также возможность работы в полуавтоматическом режиме, когда
оператор выполняет скачивание вручную с использованием интерактивных
элементов сайтов nomad (выборки области и нужных переменных, что
сокращает объем необходимых для копирования данных), например, по адреcу
http://nomad1.ncep.noaa.gov/cgi-bin/ftp2u_gfs0.5.sh, а остальные этапы работы
системы прогноза выполняются автоматически.
При конвертации результатов расчетов в форматы, удобные для
использования в моделях циркуляции вод моря, были проведены также
некоторые преобразования данных с целью обеспечить более полную
информацию о потоках количества движения, тепла и влаги на поверхности
моря. Данные выводились с дискретностью 1 ч, как в стандартном формате
NetCDF, так и в текстовом, включая следующие параметры:
193
Стандартные для модели MM5 выходные данные включают в себя сле-
дующие параметры:
– LAT: широта для каждого узла сетки;
– LON: долгота;
– U10: зональная компонента скорости ветра на высоте 10 м, в м/с;
– V10: меридиональная компонента скорости ветра;
– SHFLUX: поток явного тепла, в Вт/кв. м;
– LHFLUX: поток скрытого тепла;
– UST: скорость трения, в м/с;
– SWDOWN: падающая на поверхность коротковолновая радиация (в
Вт/кв. м);
– LWDOWN: падающая на поверхность длинноволновая радиация;
– NET RAD: суммарный радиационный поток;
– T2: температура в К на высоте 2 м;
Дополнительно рассчитанные данные включают в себя следующие
параметры:
– LWUP: исходящая с поверхности длинноволновая радиация, Вт/кв. м
(расчет выполнялся по формуле Стефана-Больцмана);
– EVAP: испарение, мм/сут, рассчитывалось пропорционально LHFLUX;
– RAIN: осадки, суммарно конвективные и крупномасштабные, за теку-
щий час;
– TAUX: зональная компонента напряжения ветра;
– TAUY: меридиональная компонента напряжения ветра.
Эти расчеты проводились с помощью скриптов системы GrADS, кото-
рая кроме визуализации данных позволяет проводить их обработку на осно-
ве довольно развитого скриптового языка. Командный файл осуществляет
конвертацию выходных данных модели (файл MMOUT_DOMAIN1) в стан-
дартный формат NetCDF (MMOUT_DOMAIN1.nc) с одновременной аппрок-
симацией на сетку 0,1°, затем запускает скрипт GrADS для вывода данных в
бинарном формате и расчета дополнительных параметров, таких, как TAUX
и TAUY, затем переводит данные в текстовый формат и производит вывод
всех требуемых переменных, а также осуществляет графическое представ-
ление данных в виде карт и копирование их на сайт системы прогноза
через ftp-протокол.
С сентября 2010 г. осуществлен переход на полностью автоматический
режим работы, включая копирование входных данных, преобразование их в
стандартные форматы, запуск модели, подготовку графических материалов
и массивов данных с результатами расчетов и копирование полученных
фалов на сайт.
Благодаря переходу на автоматический режим готовый прогноз
выставляется на сайт не позднее 8 часов утра по местному времени. Была
обновлена стартовая страница сайта для обеспечения быстрого доступа к
прогностическим картам.
Внешний вид стартовой страницы рассматриваемой системы прогноза
показан на рис. 2.
194
Рис . 2 . Стартовая страница на Web-сайте системы прогноза.
194
195
В набор прогностических карт, представленный на сайте МГИ НАН
Украины (http://www.vao.hydrophys.org), были добавлены карты геопотен-
циала и температуры на уровне 850 гПа, облачности на трех уровнях,
давления, приведенного к уровню моря и влажности. Общее число
метеорологических параметров, прогнозы по которым могут быть получены на
сайте, составило 14. В результате за период с 1 августа по 1 ноября 2010 г.
наблюдается заметный положительный тренд в числе посещений (число
посетителей увеличилось более чем в два раза).
Оценки качества прогнозов совпадают с данными работы [1]. Напри-
мер, коэффициенты корреляции по приповерхностному ветру между рядами
данных прибрежных метеостанций и прогнозами для первых суток состав-
ляют от 80 % в зимний период до 50 – 60 % в летний. С увеличением забла-
говременности прогноза до трех суток этот показатель падает примерно
вдвое.
Заключение. Разработанная автоматическая система прогноза
атмосферной циркуляции является надежным источником данных о погоде
в Черноморском регионе, обеспечивающим в оперативном режиме расчет
данных о потоках тепла, влаги и количества движения на морской
поверхности с высоким пространственным разрешением. Данные кратко-
срочных прогнозов, накапливаемых в ходе работы системы, могут быть
использованы при проведении климатических и других исследований.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Барабанов В.С., Ефимов В.В., Шокуров М.В. Автоматизированная система
анализа и прогноза атмосферной циркуляции для Черноморского региона //
Вестник СевНТУ, Вып. 95: Автоматизация процессов и управление. – Севастополь:
Изд-во СевНТУ. – 2009. – С. 3-6.
Материал поступил в редакцию 3 0 .1 1 .20 1 0 г .
После доработки 1 5 .0 3 .20 1 1 г .
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-112489 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1726-9903 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:13:25Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Морський гідрофізичний інститут НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Барабанов, В.С. Шокуров, М.В. 2017-01-22T15:17:52Z 2017-01-22T15:17:52Z 2011 Система анализа и прогноза атмосферной циркуляции в Черноморском регионе / В.С. Барабанов, М.В. Шокуров // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2011. — Вип. 24. — С. 190-195. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. 1726-9903 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/112489 551.584 Разработана полностью автоматизированная система оперативного диагноза и
 прогноза погоды в Черноморском регионе на базе мезомасштабной модели
 атмосферной циркуляции MM5 версии 3.7. Описаны программные решения
 автоматизации системы. ru Морський гідрофізичний інститут НАН України Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу Атмосферные процессы в Азово-Черноморском бассейне Система анализа и прогноза атмосферной циркуляции в Черноморском регионе Article published earlier |
| spellingShingle | Система анализа и прогноза атмосферной циркуляции в Черноморском регионе Барабанов, В.С. Шокуров, М.В. Атмосферные процессы в Азово-Черноморском бассейне |
| title | Система анализа и прогноза атмосферной циркуляции в Черноморском регионе |
| title_full | Система анализа и прогноза атмосферной циркуляции в Черноморском регионе |
| title_fullStr | Система анализа и прогноза атмосферной циркуляции в Черноморском регионе |
| title_full_unstemmed | Система анализа и прогноза атмосферной циркуляции в Черноморском регионе |
| title_short | Система анализа и прогноза атмосферной циркуляции в Черноморском регионе |
| title_sort | система анализа и прогноза атмосферной циркуляции в черноморском регионе |
| topic | Атмосферные процессы в Азово-Черноморском бассейне |
| topic_facet | Атмосферные процессы в Азово-Черноморском бассейне |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/112489 |
| work_keys_str_mv | AT barabanovvs sistemaanalizaiprognozaatmosfernoicirkulâciivčernomorskomregione AT šokurovmv sistemaanalizaiprognozaatmosfernoicirkulâciivčernomorskomregione |