6.6. Оценка успешности численных прогнозов метеорологических величин

Современные прогнозы полей метеорологических величин (в ос­новном давления воздуха и геопотенциальных высот) являются обязательным прогностическим материалом при разработке про­гнозов погоды или ее отдельных составляющих.

Оценка успешности численных прогнозов может быть выполне­на и без представления их в матричном виде. Для этого применяет­ся ряд показателей успешности при наличии статистически обес­печенной выборки по территории прогнозирования. Значения про­гнозируемых метеорологических величин, выраженных в i-x узлах сетки, сопоставляются с фактическими значениями. Используются следующие показатели.

(6.60)

где 8 — средняя абсолютная ошибка прогноза:

1. Средняя относительная ошибка прогноза (с точностью до 0,01)

8 = 5/5,

8_ф — средняя абсолютная фактическая изменчивость, равная:

При этом Х_пр — прогностическое значение метеорологической величины, Х_ф — фактическое значение метеорологической величи­ны на момент прогноза, Х_И — исходное значение метеорологиче­ской величины в момент разработки прогноза.

Чем меньше 8, тем лучше прогноз.

2. Отношение прогностической изменчивости к фактической (с точностью до 0,01)

ё = 5_пр/8_ф,

где 5_пр — средняя абсолютная прогностическая изменчивость:

1 ^N I |

Если ё < 1, то прогноз дает систематическое занижение измен­чивости; в случае ё > 1 — завышение.

3. Коэффициент корреляции между прогностическими и факти­ческими изменениями (с точностью до 0,01)

N Е(фФ-ф„)ДфпР i=i	-ф „)г	1 N	N Х(ф - i=l	N ФнШФПР-ФИ); (=1
jh Ф„Р-	-Ф„),2-	1 ' N	N КФпр _;=1	~ Фи )i	2 X
	-Ф„),2	1 N	' N Х(ФФ -1=1	-Ф„),'	2

Используется ряд показателей оправдываемости векторных ве­личин (скорость ветра, перемещение барических образований и др.), для расчета которых используются прогностические карты приземного давления и карты AT. Они приведены в „Практикуме".

6.7. Региональная оценка успешности альтернативных прогнозов

Региональная оценка прогнозов выполняется для обширных территорий страны или континентальных регионов в целях иссле­дования крупномасштабных пространственных характеристик успешности. Регион включает в себя ряд территорий администра­тивного подчинения. Возможно выделение части территории гор­ной, низинной, прибрежной (морской) в виде отдельного частного региона.

(6.61)

Региональная оценка требует многолетнего статистического ма­териала по прогнозам явлений погоды и метеорологических вели­чин. Для этого используются прогнозы по отдельным пунктам, в которых имеются прогностические подразделения Росгидромета. Матрицы сопряженности прогнозов разделяют по сезонам, произ­

водственным периодам или иным отрезкам времени, отвечающим специфике производственной деятельности потребителя или целой отрасли экономики.

Преимущественно используются следующие критерии: крите­рий Хайдке S, критерий надежности прогнозов по Н. А. Багрову Н, критерий точности прогнозов по JI. А. Обухову Q, информационное отношение и, показатель взаимной сопряженности признаков по А. А. Чупрову К и меры Гудмэна—Крускала т(П/Ф), х(Ф/П), т.

Расчетные значения критерия успешности картируются. Изо­линии успешности выбираются в зависимости от пределов измене­ния данного критерия [0; 1] или [1; -1]. Желательно, чтобы про­странственная плотность информации была достаточной для обеспечения надежности выводов. В связи с рассредоточенностью прогностических центров пока не удается получить высокую плот­ность информации о пространственной успешности прогнозов. Средняя рассредоточенность пунктов прогнозирования определя­ется по формуле

(6.63)

где S — площадь единичной территории, N* — число прогностиче­ских пунктов в пределах площади S.

Полученные результаты по региональной оценке носят квазипо­стоянный характер. Они рассматриваются как нормальные условия при выборе оптимальных хозяйственных решений в пределах дан­ного региона. Прогнозы погоды по пункту и территории имеют свою специфику реализации, которая связана с различными ста­ционарными видами работ и транспортными задачами потребите­лей. В зависимости от надежности прогнозирования (степени ус­пешности прогнозов) изменяется риск хозяйственного использова­ния прогнозов при планировании производственной деятельности.

В каждой стране региональная оценка прогнозов устанавлива­ется в целях решения таких задач, как защита от опасных явлений погоды при размещении различных отраслевых производств и учет метеорологического риска при планировании предотвращения ма­териальных и моральных потерь от стихийных бедствий.

Таким образом, центральной задачей региональной оценки яв­ляется учет достижений прогностической науки в разработке более эффективных технологий использования прогнозов.

Для ЕТР выполнены региональные оценки прогноза гроз, голо­леда, заморозков и других условий погоды.²⁵

Для этого использовались прогнозы за 20-летний период (1970—1980-е годы). Общая сумма прогнозов скорости ветра по ЕТР составила около 60 тысяч, прогнозов гроз — примерно 30 ты­сяч. Успешность прогнозов, выполненная по критериям Багрова Н и информационному отношению и, приведена на рис. 6.2 и 6.3.

Погодные условия не полностью детерминированы с синоптиче­скими процессами. Тем самым прогнозы отдельных состояний по­годы по своей природе носят вероятностный характер. Прогнозист или рискует пропустить явление, или допускает риск перестрахов­ки. Эти особенности прогнозирования отражаются в региональном распределении успешности прогнозов. Основная причина этого и заключается в сложности прогнозирования синоптических процес­сов, которые в „погоде" проявляются по-разному в различных ре­гионах ЕТР.

Картированные критерии оценки успешности позволяют выде­лить регионы повышенной (Н > 0,5; v > 0,3) и соответственно по­ниженной успешности прогнозов. Особый научный и практический интерес вызывает широкая зона пониженной успешности прогнозов скорости ветра и гроз (см. рис. 6.2 и 6.3). Аналогичные зоны пони­женной успешности в тех же регионах были обнаружены для про­гнозов гололеда и заморозков. Такого рода региональную аппрок­симацию успешности обусловила сама природа. Тем самым зона пониженной успешности прогнозов рассматривается как зона по­вышенной сложности прогнозирования (зона ПСП). В пределах зо­ны ПСП достаточно высокая повторяемость ошибок первого (ге₁₂) и второго (п₂₁) рода. Прогностическая информация по этой части ЕТР содержит повышенный метеорологический риск пропуска опасного явления. Следовательно, зона ПСП выступает зоной повышенного риска, что необходимо постоянно учитывать в хозяйственной прак­тике, а также организациями МЧС в оперативном и перспективном планировании мероприятий специализированного назначения.

Исследование степени адекватности метеорологических прогно­зов составляет одну из важнейших задач экономической метеороло­гии. Подтверждением тому служат многочисленные исследования в этой области метеорологии отечественных (М. А. Омшанский, А. А. Чупров, Н. А. Багров, М. А. Обухов, Г. В. Груза, Е. Е. Жуков­ский) и зарубежных (Н. Грингортен, Дж. Томпсон, JI. А. Гутман,

Рис. 6.2. Распределение критерия „надежность прогнозов" по Н. А. Багро­ву Я — меры успешности прогнозов скорости ветра по европейской терри­тории России и сопредельным странам.

Рис. 6.3. Распределение информационного отношения v — меры успешности прогнозов гроз по европейской территории России и сопредельным странам.

Е. X. Крускал) ученых, подчеркивавших экономическую значи­мость роста успешности метеорологических прогнозов.

Объективный анализ результатов оценки успешности прогнозов и получаемые выводы направлены на снижение главным образом опасных промахов (пропусков ОЯ и НГЯ) и перестраховочного про­гнозирования. Ошибки-страховки нередко проявляются как ре­зультат субъективной психологической реакции прогнозиста, над которым довлеет „опасность" пропуска явления, грозящая не толь­ко его квалификационной оценке.

Признано, что достоверная информация об ошибочности и ус­пешности прогнозов выступает как „мера прогресса в развитии и уточнении методов прогноза" (С. Лейс, 1987).