5.2. Стандартные (тривиальные) прогнозы

Прогнозы, которые не требуют физических обоснований, не тре­буют синоптического материала и специальных научных разрабо­ток, называются стандартными, или тривиальными (упрощен­ными, не оригинальными). Это неметодические прогнозы. К ним относятся: инерционные, случайные и климатологические. Такие прогнозы называют еще критериальными, тестовыми.

В практике прогнозирования допускается, что такие характери­стики атмосферной среды, как температура и влажность воздуха, атмосферное давление, скорость и направление ветра, при опреде­ленных условиях могут сохранять свои первоначальные исходные значения в течение некоторого периода времени. Допущение об инерционности этих состояний среды правомерно. Прогнозы, в ко­торых указывается (сохраняется) исходное, начальное состояние среды, а нередко и погоды, называются инерционными.

Однако свойство инерции для указанных метеорологических величин при допустимых ошибках от начального к конечному мо­менту хорошо проявляется на малых отрезках времени (несколько минут, час, реже несколько часов). С увеличением периода прогно­зирования это свойство физически утрачивается, особенно с ростом нестационарности атмосферных процессов. Тем не менее свойство инерции состояния среды иногда используется в прогностических целях. Это самый простой прогноз, учитывающий текущее состоя­ние атмосферы. В историческом прошлом (до формирования в ми­ровой практике гидрометеорологических служб) он оставался един­ственно возможным и широко использовался в мореплавании, в сельском хозяйстве, при сухопутной транспортировке грузов и т.д. То, что наблюдалось в данный момент, экстраполировалось, допус­калось на интересующий период.

Итак, исходное значение заданной метеорологической величи­ны и есть его инерционный прогноз. Выбор оправданной продолжи­тельности такого прогноза обусловлен быстротой смены воздушных масс, т.е. интенсивностью синоптического процесса. Иначе говоря, успех инерционного прогноза зависит от его продолжительности т. При т = 0 ч инерционный прогноз есть не что иное как диагноз, а при х = 36 ч такой прогноз может оказаться уже случайным.

Инерционный прогноз относят не только к метеорологическим величинам, но и в целом к погоде. Формулировка такого инерцион­ного прогноза соответствует исходному состоянию погоды. Однако для таких явлений погоды, как гроза, шквал, которые имеют высо­кую пространственно-временную дискретность, свойство инерци­онности проявляется в малой степени. В этом случае можно гово­рить об инерционности синоптической ситуации, отражающей формирование конвективных процессов и явлений.

С увеличением продолжительности инерционного прогноза его успешность заметно снижается и приближается к успешности слу­чайного прогноза. Это особенно проявляется при циклонических процессах, для которых характерна быстрая смена воздушных масс с прохождением атмосферных фронтов. Успешность инерционных прогнозов в этих ситуациях заметно уступает успешности методи­ческих.

Степень инерционности процесса можно определить по автокор­реляционной функции. Коэффициент автокорреляции определяет­ся по формуле

n — —

r(l) =— J- , (5.1)

o²_xN

где jc, — значение метеорологической величины в момент i; х_ш — значение метеорологической величины в момент t + /; о^г_х — диспер­сия х; N — число случаев (объем) выборки); х — среднее значение по ряду наблюдений.

С уменьшением параметра запаздывания I коэффициент г{1) рас­тет и равен единице при i + I - 0. Меняя I, можно рассчитать авто­корреляционную функцию и на основании коррелограммы устано­вить наиболее приемлемый сдвиг по времени.

Сопоставление успешности методических и инерционных прогнозов является объективной ог°нкой качества категорических или вероятностных прогнозов.

Г. В. Груза исследовал статистическую оценку качества прогно­зов скорости ветра на высотах, составленных различными метода­ми. Был отмечен заметный рост среднеквадратического отклонения прогнозируемых и фактических значений скорости ветра при инер­ционном прогнозе. Такой прогноз на вторые — третьи сутки соот­ветствует качеству климатологического прогноза, а на пятые сутки — находится уже на уровне случайного.

Кроме того, ежедневно прослеживаются синоптические процес­сы различной сложности, особенно в холодную часть года. Неста­ционарность их развития может быть столь внезапна и значитель­на, что слабо улавливается существующими методами прогнозиро­вания. Это относится и к физико-статистическим и численным ме­тодам прогноза барического поля у земной поверхности и на высо­тах. Быстрые изменения синоптического процесса сопровождаются иной погодой, отличной от прогнозируемой. В таких ситуациях си­ноптик может пропустить опасное явление погоды или неблагопри­ятный комплекс погодных условий, что может вызвать прямые по­тери у потребителей. Однако большинство методических прогнозов достаточно успешгы и экономически выгодно используются в хо­зяйственной и иной практике.

Методические прогнозы по степени обоснования могут оказать­ся на уровне случайного или близкого к нему.

Как таковые, случайные прогнозы, естественно, не разрабатыва­ются в синоптической практике. Однако правомерно допустить, что текущие, постоянно меняющиеся погодные условия в определенных интервалах времени носят случайный характер как следствие сто- хастичности меняющихся во времени синоптических процессов. На этом основании можно условно полагать, что „текст" прогноза выби­рается „случайным" образом из возможного набора „текстов", задан­ных природой, т. е. „осуществляется" случайный выбор фазы, гра­дации метеорологической величины из их совокупного распределе­ния, отвечающего природному, климатическому распределению.

Если действительно допустить, что такая операция разработки прогноза возможна, то очевидно, что случайный прогноз составля­ется не иначе как наугад, „вслепую".

Опыт синоптической практики показывает, что в ряде сложных синоптических ситуаций, когда методы прогнозирования не дают однозначного заключения, формулировки прогнозов могут дейст­вительно оказаться случайными. Даже удачный прогноз может быть случайным.

Отсюда следует, что любой методический прогноз можно срав­нить со случайным и дать оценку того, насколько он предпочти­тельнее случайного.

Прогнозы, содержащие климатическую информацию в виде средних многолетних значений метеорологической величины, в ви­де вероятностей осуществления заданных градаций и вероятностей явлений погоды, называются климатологическими. Здесь также не требуется специальной подготовительной работы синоптика. Кли­матологические прогнозы содержат одну и ту же формулировку на длительный период — месяц, сезон. Такого рода информация со­держится в справочниках, является известной и доступной как в повседневной синоптической, так и в хозяйственной практике. Климатологические прогнозы используются в основном при пер­спективном планировании. Классификация метеорологических прогнозов приведена на рис. 5.1.

Перечисленные стандартные прогнозы обладают только им при­сущими закономерностями, своим природным „иммунитетом" и в этом смысле свободны от влияния синоптика.

На основании сказанного выше можно утверждать, что стан­дартные прогнозы (инерционные, случайные, климатологические) следует использовать как базовое условие отсчета успешности методических прогнозов. Только сопоставление успешности мето­дических прогнозов с успешностью неметодических (в принятом понимании) позволяет установить действительный уровень успеха прогнозирования данной метеорологической величины или явле­ния погоды.

Например, по некоторому пункту определена общая оправды- ваемость суточных прогнозов скорости ветра за выбранный сезон, которая оказалась равна 82%. Это достаточно высокое значение. Однако оно малоинформативно, поскольку отсутствует сравнитель­ный базис, позволяющий установить, насколько данный подход в прогнозировании предпочтительнее иного или уступает ему. По фактическому материалу установлено, что общая оправдываемость инерционных прогнозов за тот же период составляет 87 %. Синоп­тические процессы этого периода были слабоактивными. Сопостав-

Рис. 5.1. Классификация метеорологических прогнозов. Виды метеороло­гических прогнозов.

ление приведенных результатов прогнозирования говорит о том, что необходимо внести коррективы в метод (способ) прогнозирова­ния скорости ветра при таких синоптических процессах.

Если в синоптической практике используется критерий „общая оправдываемость", то он должен быть применен для двух прогно­зов: методического и инерционного (чаще всего). Результат прогно­зирования, устанавливаемый только по одному значению (напри­мер, 82 %), теряет физический смысл.Раздел III

ОЦЕНКА УСПЕШНОСТИ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПРОГНОЗОВ