Глобальная спектральная модель(версии T85L31, T169L31)

• Спектральный подход позволяет существенно уменьшить влияние нелинейной неустойчивости при решении дифференциальных уравнений.

• Параметризации процессов подсеточного масштаба (солнечная радиация, приземный пограничный слой и др.) на основе параметризаций, используемых в модели ECMWF-84, с современными модификациями и настройками

• Завихренность и дивергенция в качестве прогностических переменных

• Используется полунеявный метод интегрирования по времени для обеспечения устойчивости разностной схемы

Характеристики модели: Область интегрированияОбласть интегрирования : : глобусглобус КонфигурацияКонфигурация:: T169L31, возможен переход на T339L31(L63) Горизонтальное разрешениеГоризонтальное разрешение:

169 гармоник (треугольное усечение), гауссова сетка 0.7х0.7° Вертикальное разрешениеВертикальное разрешение: 31 : 31 σσ--уровеньуровень Схема интегрирования по времени: полу-неявная, шаг 450 с Нелинейная инициализация: по нормальным модам

Крупномасштабная схема конденсации и осадкообразования

Конвекция: Kуo-типа, включая осадкообразование

Испарение выпадающих осадков

Процессы на подстилающей поверхности: 2- слойная схема почвы, прогностические переменные:

температура поверхности, влажность почвы, глубина снега

Вертикальная диффузия: Приземный слой: теория Монин-Обухова;

Свободная атмосфера: потоки зависят от длины пути смешения и числа Ричардсона

Перенос радиации: 5 спектральных интервалов, H2O, CO2, O3, аэрозоль, явный и приближенный учет суточного хода, зависимость альбедо от глубины снега

Состояние квази-оперативного счета версий модели на различных ЭВМ ГВЦ и Гидрометцентра май 2010 г.

xeon4b nod1 tiger SGI128

Версия модели T85 L31 T169 L31 T169 L31 T169 L31

Базы данных с начальными данными

SHOTсетка 2.5

S125сетка 1.25xeon4b

S125сетка 1.25xeon4b

S125сетка 1.25xeon4b

Срок 00 UTCзаблаговременость 84

ч

Начало счета 2ч.20м. 3ч.1м. 4ч.31м. 3ч.40м.

Время счёта 1ч.20м. 3ч.50м. 2ч.30м. 12мин.

Готовность 3ч.40м. 6ч.47м. 7ч.00м. 4ч.15м.

Срок 00 UTCзаблаговременость

240ч

Начало счета 14ч.20м 15ч.1м. 16ч.31м. 15ч.40м.

Время счёта 3ч.55м. 8ч.30м. 6ч.45м. 34мин.

Готовность 18ч.20м 23ч.40м. 23ч.20м. 16ч.20м.

Количество сбоев за 05.2010 (62 сеанса)

0 (АСООИ) 4 0 (ГВЦ) 6

Базовые виды продукции:

• H,T, U V, R% на стандартных изобарических поверхностях

• P0 • Осадки – 6-часовые суммы (конвективные,

крупномасштабные, суммарные)• T2м;• Облачность различных ярусов;

• Ветер приземный и приводный

В новой версии модели атмосферы:

• - повышено горизонтальное разрешение (85 → 169 (→ 339 →669)) сферических гармоник, шаг гауссовой сетки (1,42° → 0, 71°)

• - апробированы и введены новые архивы свойств подстилающей поверхности (новое разрешение, результаты новых разработок в России и за рубежом) ;

• - реализован новый алгоритм аппроксимации метеополей с использованием двойных рядов Фурье по ультрасферическим полиномам Чебышева при интерполяции начальных данных с сетки объективного анализа на счетную гауссову сетку (метод позволяет получать меньшую погрешность аппроксимации по сравнению с традиционно используемыми рядами Фурье по присоединенным полиномам Лежандра)

• - модифицировано программное обеспечение модели для вычислений в распараллеленном режиме (сокращение времени счета при использовании многопроцессорной техники)

Разработка моделей T339L63 и T659L63

Распараллеливание кодов

Новая версия глобальной спектральной модели атмосферы

Реализация «гибкого» архива свойств поверхности земли

Свойства каждой ячейки представлены весовым осреднением свойств элементарных ландшафтных единиц

Реализация версии T169L31-необходимый этап реализации T339L63 и T659L63

Н500 KA Северное полушариесентябрь 2008

0,84

0,86

0,88

0,90

0,92

0,94

0,96

0,98

1,00

0 12 24 36 48 60 72 84 96часы

T169L31

T85L31

Развитие новых схем - переноса КВ и ДВ радиации, - процессов на подстилающей поверхности суши

Исследование эффективности алгоритмов моделей T85 и T169 L31

Реализация T169L63 Гидрометеорологический центр Российской Федерации

ОПЕРАТИВНАЯ СИСТЕМА ГЛОБАЛЬНОГО ПРОГНОЗА ПОГОДЫ ГМЦ РОССИИ

Задачи глобального моделирования:

• Детерминистический прогноз на 1-7 суток для больших территорий (территория России, морское обслуживание, авиация) Приоритеты:

- элементы погоды, локализация очагов максимальных значений → краткосрочное прогнозирование

• Формирование граничных условий для региональных и мезо-масштабных моделей

Приоритеты:

вертикальная структура тропосферы, положение барических центров при краткосрочном прогнозировании

• Ансамблевый прогноз на срок 1-10 суток (25-50 членов ансамбля)Приоритеты:

положение зон с осадками, воспроизведение сильных осадков (краткосрочный прогноз) , конфигурация термобарических полей в свободной атмосфере (среднесрочный прогноз)

• Ансамблевые долгосрочные прогнозы (1-6 месяцев)• положение зон с осадками , конфигурация термобарических полей в свободной атмосфере

(среднесрочный прогноз)

Прогноз облачности

24 (25.06)

36

42

48 (26.06)

54

60

66

72 (27.06)

Прогнозирование осадков

Гидродинамический прогноз осадков с заблаговременностью до 4 суток для Москвы На период 7-9 сентября 2008 г. по

глобальной модели Гидрометцентра России

0

5

10

15

20

25

30прогноз осадков (ммза 12 часов)

прогноз осадков (мм за 12 часов)

измеренные на ст. ВВЦ (Москва) суммы осадков за 12 ч

0

5

10

15

20

25

30 измеренные суммы осадков (мм за 12ч)

Прогноз осадков на 2 июля 2009 г.

T169L31 T85L31 PLAV

Прогноз осадков на 2 июля 2009 г.

T169L31 T85L31 PLAV

180°160°140°

12

0°

10

0°

80

°6

0°

40° 20° 0° 20° 40°

60

°8

0°

10

0°

12

0°

140°160°180°15°

0°

15°

30°

45°

60°

75°

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.10.10.1

0.1

0.10.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.10.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.10.1

0.1

0.1 0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1 0

.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

11

1

1

11

1

1 11

1

1

1

1

1

1

11

1

1

1

1

1

1

11

1

1

1

1

1

1

1

1

11

1

1

11

1

1

1

1

11

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

11

1

1

1

1

11

1

1

1 1 1

1

1 1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

11

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3 3

3

3 3 3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

33

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

333

3

3

3

33

3

3

33 3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

33

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5 5

5

5

5

55

5

5

5

5

5

5

5

5

5

55

5

5

5

55

5

5

5

5

5

5

5 5

5

55

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

10

10

1010

10

10

10

10

10

10

101

0

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

25

25

2525

25

25

2525

25

25

25

25

25

2525

25

30

30

30

30

30

30

30

30

30

30

30

30

35

35

35

35

3535

35

35

40

40

40

40

40

40

45

45

45

45

45

50

50

50

50

50

55

55

55

55

55

60

60

60

65

65

65

95

B99N036Z, 7.06.2010, 00 час. 180°160°140°

12

0°

10

0°

80

°6

0°

40° 20° 0° 20° 40°

60

°8

0°

10

0°

12

0°

140°160°180°15°

0°

15°

30°

45°

60°

75°

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.10.1

0.1

0.1

0.10.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.10.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

1

1

1 1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1 1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

11

1

1

11

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

11

1

1

11

1

1

1

1

1

1

1

1

3

33

3

3

33

3 3 3

3

3

3

33

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

33

3

3

33

3

3

3

3

3

3

3

3

5

5

5

5

5

5

5

5

5 5

5

55

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

1010

10

1010 1

0

10

10

15

15

1515

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15 15

15

15

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

25

25

25

25

25

25

25

25

25

25

30

30

30

30

30

30

30

30

30

35

35

35

35

35

35

35

35

35

40

40

40

40

40

40

40 40

45

45

45

45

45

45

45

50

50

50

55

55

55

606570

B99N036Z, 7.06.2010, 00 час.

180°160°140°

12

0°

10

0°

80

°6

0°

40° 20° 0° 20° 40°

60

°8

0°

10

0°

12

0°

140°160°180°15°

0°

15°

30°

45°

60°

75°

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.10.1 0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

1

1

1

1

1

11

1

1

1

1 1 1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

11

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

11

1

1

1

1

1

11

1

1

1

1

1

1

11

1

1 11

1

1

1

1

1

1

1 1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

33

3

3

3

3

3

33

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3 3

3

3

3

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5 55

5

5

5

5

5 5

5

5

55

5

5

10

10 10

10

10

10

10

1010

10

10

1010

10

10

10

10

10

10

1010

15

15

15

15

15

1515

15

15

15

20

20

20

20

25

25

сумма

Спектральная глобальная модель атмосферы: переход от T85L31 к T169L31: повышение

показателей успешностей

T85L31 T169L31

Наибольшая эффективность повышения пространственного разрешения - в полях осадков. Высокая успешность прогнозов факта осадков по Т169L31

Прогнозы для авиации: ветер 250 гПа, 24, 36 часов

T85L31 PLAV

T169L31 Регион

Примеры прогнозов модуля V 10 м по

T169L31 (слева) и T85L31(справа)

Прогноз похолодания в

период 7-11 сентября 2008 г.

на основе глобальной

спектральной модели

Гидрометцентра России

(Температура воздуха

и облачность)

7.09. день 8.09. день 9.09. день

10.09. день 11.09. день

Прогнозирование приземной температуры воздуха

T169L31

T85 L31

ПЛАВ2008

Анализ

прогнозы на 24 часа 10 октября 2010 г.

Включение T169L31 и ПЛАВ в систему ансамблевого прогноза.

Общая оправдываемость прогнозов 6-часовых сумм осадков

Общая оправдываемость прогноза, Западная Европа

65

70

75

80

85

90

24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96 102 108 114 120

заблаговременность

%

среднее по ансамблю

T85

T85

T85

T85

T85

T85

T85

T85

T85

T85

T85

T85

ПЛАВ

Т169

Т85 Невозмущ.

ROC-кривые для всего периода (01 декабря 2009 – 28 апреля 2010, 100 дней) для порогов 0,1 мм за 6 ч ( а) и 2,5 мм за 6 ч (б) для

заблаговременности 24 часа для ансамбля из 15 членов, 13 членов и контрольных прогнозов ПЛАВ и Т169

Событие "Осадки больше или равны 0.1 мм/6 ч" 24 ч. ЕТР. 100 день

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

False alarm rate

Hit

rate

ALL 15 Ens.members (ROC_area= 0.842)

PLAV Ens. Member

Control Ens.Member: T169spectral model

12 T85 + 25thunperturbed T85 =13 (ROC_area= 0.820)

Событие "Осадки больше или равны 2.5 мм/6 ч" 24 ч. ЕТР. 100 дней

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

False alarm rateH

it ra

te

ALL 15 Ens.members (ROC_area= 0.826)

PLAV Ens. Member

Control Ens.Member: T169spectral model

12 T85 + 25thunperturbed T85 =13 (ROC_area= 0.792)

Развитие: Включение T169L31 в систему ансамблевого прогноза

Прогнозирование скорости ветра на 250 гПа по T169L31 и T339L31

T169L31 T339L31

Разность между прогностическими

полями

Снижение ошибок в районах максимумов скорости скоростей на 3-4 м/c