Анализ влияния реализации Проекта RF95-NW1 на количество и качество аэрологических данных по материалам2 мониторинга ЕЦСПП
(сокращенный вариант вошел в итоговый отчет Финского метеорологического института Министерству транспорта и коммуникаций по Проекту RF95-NW)

Для оценки влияния проекта RF95-NW на качество аэрологических данных с аэрологических станций, охваченных Проектом, следует осветить четыре основных вопроса:

С этой точки зрения необходимы некоторые «реперные» точки: Таким образом, для корректной интерпретации результатов мониторинга ЕЦСПП необходимы дополнительные т.н. «метаданные» (т.е. информация о составе и природе наблюдений). Если не проводить детализацию по отдельным выпускам, то состав наблюдений можно представить следующей таблицей:
 
Таблица
Станция 
Система зондирования 
1998 
2000 
2836 
RS80L-DigiCORA 
RS80L-DigiCORA 
22113 
МРЗ-3 – АВК / РФ95 – АВК (около половины всех выпусков, однако по нерегулярному графику) / РФ95-АВК-АРМ Аэролога (с 15 Декабря) 
РФ95-АВК-АРМ Аэролога 
22217 
МРЗ-3 – АВК 
РФ95-АВК-АРМ Аэролога 
26063 
МРЗ-3 – АВК / РФ95 – АВК (около половины всех выпусков, однако по нерегулярному графику) 
РФ95-АВК-АРМ Аэролога 
27612 
МРЗ-3 – АВК 
МРЗ-3 – АВК (230 – 00МСВ, 167 – 12МСВ) / РФ95-АВК (с 25 Мая, 120 – 00МСВ, 32 – 12МСВ) 

Из нее следует, что только данные со станции 22217 могут быть напрямую использовать для анализа влияния Проекта путем сравнения ситуации в 1998 и 2000 гг. и со станцией 2836, которая имеет однородные наблюдения с точки зрения используемого оборудования. Использование для сравнения станции 27612 до некоторой степени затруднено, т.к. в настоящее время она также частично использует РФ95 (заметим в скобках, что положительные изменения, наблюдаемые по станции 27612, также, вероятно, могут быть отнесены на счет внедрения РФ95, что также есть свидетельство положительного влияния Проекта RF95-NW на Российскую сеть радиозондирования, т.к. он в значительной степени способствовал развитию производства РФ95). Поэтому рассмотрение ограничено в основном анализом статистик для исследуемых станций 22113, 22217 и 26063 и их сравнением со станцией 2836.

Поступление информации

По статистике поступления в ЕЦСПП данных геопотенциала на уровне 500 гПа можно судить о том, что поступление данных с рассматриваемых станций осталось прежним или даже улучшилось пр значительном улучшении на станции 22217 в срок 00 МСВ после введения двухразового зондирования в Мае 2000. Несмотря на внедрение РФ95 на станции 27612 количество наблюдений в срок 12 МСВ существенно уступает показателям 1998.
Количество сообщений с данными геопотенциала на уровне 500 гПа, поступивших в ЕЦСПП
Станция 
1998 
2000 
00МСВ 
12МСВ 
00МСВ 
12МСВ 
2836 
363 
364 
361 
364 
22113 
349 
351 
349 
351 
22217 
339 
203 
350 
26063 
337 
341 
352 
348
27612 
318 
238 
343 
194 
Конечно же, 500 гПа является обязательным уровнем, который должен быть достигнут радиозондом в любом выпуске. Однако, прогностическая значимость отдельного выпуска возрастает с ростом высоты уровня окончания зондирования. На этот показатель влияют два фактора – надежность радиозондов и наземной системы и качество оболочек и их обработки. Из чисел, приведенных на графиках вертикального распределения статистик3, можно построить распределение числа сообщений по стандартным изобарическим поверхностям. В большинстве случаев на всех рассматриваемых станциях процент более высоких выпусков увеличился в сравнении с 1998 г. за исключением станции 26063. Данная станция испытывала некоторые проблемы с обслуживанием наземной станции во II-III квартале4, связанные с отсутствием запасных частей. Заметные различия существуют между формой кривых распределения российских станций и финской станции 2836. Все российские станции уступают станции 2836 на уровнях до 50 гПа, хотя в большинстве случаев превосходят на верхних стратосферных уровнях. Это различие видимо следует отнести на счет факторов, отличных от типа радиозонда и наземной системы, - в основном, на отличия используемых оболочек и оперативной практики.

Качество данных

С середины 80-х стало уже обычной практикой оценивать качество аэрологических данных путем сравнения данных наблюдений с данными краткосрочного прогноза на срок наблюдений, получаемого с помощью современной численной модели, основанной на непрерывном усвоении данных. Статистика этих отклонений стала основой для долгосрочного мониторинга качества данных. ЕЦСПП уполномочен ВМО быть ведущим центром по мониторингу качества аэрологических данных. Получаемые ЕЦСПП статистики отклонений OB-FG5 являются общепризнанными и, например, используются Докладчиком ВМО по мониторингу сопоставимости аэрологических данных как основной источник для обзора качества всемирной сети радиозондирования.
Обычно, такая статистика вычисляется для температуры, геопотенциала и ветра (как для направления и скорости, так и для декартовых компонент). Чаще всего используется статистика геопотенциала т.к., полученная по данным на стандартных изобарических поверхностях, она представляет собой интегральный показатель качества радиозонда и наземной станции для измерений температуры, давления и высоты (в российских системах радиозондирования высота определяется непосредственно).
При рассмотрении статистик OB-FG для геопотенциала необходимо принимать во внимание, что чем ниже рассматриваемый уровень, тем строже требования к качеству данных. Как ориентир для оценки абсолютных значений статистик могут служить рекомендации КОС по выбору «сомнительных» (т.е. поставляющих «бесполезные» данные) станций в соответствии со среднеквадратичным значением6 отклонений OB-FG: 45, 100 и 125 м для 500, 100 и 50 гПа соответственно. На другом краю шкалы может быть расположена станция 2836, которая показывает типичное для системы RS80-DigiCORA качество данных, характерное для лучших образцов современных систем радиозондирования7.
Для оценки отдельной станции систематическое и среднеквадратичное отклонение OB-FG равно важны, т.к. они отражают средние значения ошибок наблюдений и их изменчивость от срока к сроку. Однако для сети в целом различия систематической составляющей от станции к станции также являются существенными, т.к. они ответственны за внесение долговременных искажений8 при восстановлении атмосферных процессов.
С этих позиций рассмотрим временные ряды статистик OB-FG для геопотенциала.
Все рассматриваемые станции показали существенное улучшение в особенности на стратосферных уровнях: Т.о. в некоторые месяцы 1998 на отдельных уровнях по некоторым станциям значения статистик были близки, достигали или иногда даже превышали пределы, установленные КОС для сомнительных станция, тогда как в 2000 г все данные имели приемлемое качество с запасом по отношению к этим критериям. В отдельные месяцы 1998 г. абсолютные величины систематических расхождений между отдельными станциями превышали 100 м. В 2000 г. анализируемые станции были сопоставимы по качеству между собой и со станцией 2836: станция 22213 показывала аналогичное качество данных, а станции 22217 и 26063 несколько уступали.
Вкратце, несколько слов о тенденциях статистики OB-FG температуры от 1998 к 2000 году: И наконец стоит упомянуть, что в 2000 г. качество ветровых наблюдений было сопоставимо как между рассматриваемых станций, так и со станцией 2836 и изменилось не сильно, при этом станция 2836 показала некоторое улучшение в сравнении с 1998 г.

Александр Кац
Зав.НМЛ ФГУП КОМЕТ

Благодарность:

Выражаю искреннюю благодарность г-же Marianne Sagbom (ФМИ) и г-дам Austin Woods и Antonio Garcia-Mendez (ЕЦСПП) за предоставленную информацию и любезное разрешение опубликовать ее на домашней странице КОМЕТ

Примечания:

1 Совместный проект RF95-NW Росгидромета и Финского метеорологического института (ФМИ) предусматривал поддержку оснащения и зондирования с использованием РФ95 и АРМ Аэролога на станциях Мурманск (22113), Кандалакша (22217) и Воейково (26063) в 1997-2000 гг.

2 Для анализа результатов RF95-NW  Европейский центр среднесрочных прогнозов (ЕЦСПП) предоставил по станциям, охваченным Проектом. а также по станциям 2836 (Sodankyla) и 27612 (Долгопрудный) за 1998 и 2000 г. соответственно помесячные статистики по геопотенциалу на уровнях 500, 100 и 50 гПа, и вертикальные профили среднегодовых статистик по температуре и ветру.

3 Для этого были выбраны статистики OB-FG для температуры ввиду вероятного исключения случаев со слабыми ветрами из соответствующей статистики. Общее число выпусков оценивалось по количеству данных на уровнях 925-850 гПа, т.к. уровень станций часто оказывался выше нижних уровней телеграммы.

4 Это видно также из числа поступивших данных, приведенного на графике временных рядов статистики OB-FG по геопотенциалу для станции 26063 за 2000 г.

5 Поскольку такой прогноз часто используется как опорное поле, или поле первого приближения (first guess), для объективного анализа, для этих данных используется сокращение FG. OB обозначает результаты наблюдений (observations).

6 Практически может быть оценено как корень квадратов систематического отклонения (bias) и среднеквадратичного отклонения (standard deviation).

7 См. например:

  • Compatibility of Radiosonde Geopotential Measurements / by M. Kitchen. Geneva: WWW/OSY, 1988. (Instruments and Observing Methods (IOM) Report No. 36)
  • Report by the rapporteur on Radiosonde Compatibility Monitoring: Part A: WMO Catalogue of Radiosondes and Upper-air Wind Systems in use by Members (1993). Part B: Compatibility of Radiosonde Geopotential Measurements, 1990, 1991 and 1992 / by T. Oakley. Geneva: WWW/OSY, 1993. (Instruments and Observing Methods Report No. 56).
  • 8 Конечно, и индивидуальный разброс также отражает степень искажений метеорологических полей, вызванных ошибками наблюдений, однако он до некоторой степени нивелируется современными системами непрерывного усвоения данных.

    На домашнюю страницу