Методы проверки
Пространственная верификация прогнозов осадков в настоящем исследовании проводится с использованием метода КРА. Этот метод был разработан для оценки систематических ошибок в прогнозах осадков. Это был один из первых методов измерения погрешностей в прогнозируемом местоположении и разделения общей погрешности на компоненты из-за ошибок в местоположении, объеме и структуре.
Метод CRA - это объектно-ориентированная процедура проверки, подходящая для составления количественных прогнозов осадков на сетке координат (QPFs). В рамках CRA метеорологическая система определяется как регион, ограниченный определенным пользователем изогиетом (субъектом) осадков в союзе прогноза и наблюдаемого дождевого поля.
Затем этот метод просто основан на сопоставлении моделей двух смежных областей (образований), определяемых как наблюдаемые и прогнозируемые области выпадения осадков, ограниченные выбранным изогиэтом. Прогнозируемые и наблюдаемые объекты не должны пересекаться, но они должны быть связаны друг с другом, что означает, что они должны быть близки друг к другу.
Также может быть определено наилучшее соответствие между двумя сущностями:
- путем максимизации коэффициента корреляции;
- путем минимизации общей средней квадратной ошибки;
- путем максимизации перекрытия двух объектов;
- или путем наложения центров тяжести двух объектов.
Для хорошего прогноза все методы должны давать очень похожие ошибки определения местоположения. В данной работе лучшее соответствие определяется путем максимизации соотношения.
Для каждого субъекта, который может быть идентифицирован в прогнозе и наблюдениях, метод CRA определяет погрешности местоположения, объема и структуры, которые затем объединяются в форму общей средней квадратной ошибки (MSE). Для оценки погрешности определения местоположения поле прогноза переводится горизонтально по наблюдаемому полю до тех пор, пока не будет достигнуто наилучшее соответствие.
Ошибки смещения и структуры связаны с ошибками в динамике (прогнозируемом потоке), в то время как ошибка объема связана с ошибками в физике (влажности) обработки. Эти компоненты служат руководством для разработчиков моделей при изучении статистики компонентов ошибок для большой выборки примеров.
Кроме того, проверенные субъекты (прогнозы в различных пороговых значениях осадков) сами могут быть классифицированы как "попадания", "промахи" и т.д. в зависимости от того, насколько близко место прогноза к наблюдаемому месту и насколько хорошо максимальная интенсивность была представлена в прогнозе. Проверка этого события может быть полезна для мониторинга исполнения прогноза.
В данном исследовании метод CRA используется для проверки прогноза осадков над Уттаракхандской областью. Проверка осуществляется по общим сетям с разрешением 0,5°×0,5°. Все сети над соседними морями и над Гималаями выше 4000 м были замаскированы.
Результаты: верификация модельных прогнозов
Сначала представлено качественное резюме проверки и взаимного сравнения, в основном с учетом синоптических особенностей системы осадков. За этим следует проверка количественного прогноза осадков (QPF) (с использованием метода CRA) для количественной оценки смещений прогноза в двух моделях.
Синоптические особенности и осадки
Прогнозы на 5-й день также показывают небольшие осадки над этим регионом (количество осадков не так велико, как в прогнозах на 1-й и 3-й день). Однако пиковое количество наблюдаемых не учитывается T574. Прогнозы на 3-й день 17 июня показывают обильные осадки (20 см/сутки) вблизи заявленного района бедствия. На 18 июня модель предсказывала очень большое количество осадков в Уттараханде только в прогнозе на 3 день. Однако в прогнозах на 1-й и 5-й день это отсутствовало.
Графики также показывают наличие некоторого консенсуса между наблюдаемыми и прогнозируемыми моделями циркуляции и геопотенциальной высотой 1-го и 3-го дней 17-го июня, в то время как сравнение является слабым после 1-го дня в случае прогноза, действительного на 18 июня. За пределами первого дня модель интенсифицирует внутреннюю систему низкого давления, и ее положение также значительно юго-западнее наблюдаемого участка. В этих прогнозах доминирует циклоническая циркуляция над Гуджаратом (23.2167° с.ш., 72.6833° в.д.), который расположен в западной Индии.
Наблюдаемое максимальное количество осадков недооценивается примерно на 50% в прогнозах на 17 июня в первый день, третий день и пятый день. Динамика осадков также несколько смещена от наблюдаемого места в прогнозах на 1-й, 3-й и 5-й день.
Однако модель прогнозирования осадков на 18 июня показывает, что количество осадков почти точно соответствует прогнозам на 1-й и 3-й день (максимальное количество осадков близко к наблюдаемому в 1-й день и недооценено на 20% в 3-й день). Рассматривая ветровой поток и геопотенциальную картину высоты видно, что расположение системы низкого давления и интенсивность в случае NCUM лучше соответствуют анализу, по сравнению с прогнозами T574, как на 17, так и 18 июня, с 1 дня по 5 день.
CRA верификация осадков 17 и 18 июня 2013 года на предмет наличия осадков
В качестве первого шага анализа CRA были получены организации, основанные на количестве осадков, для чего были проведены эксперименты с различными пороговыми значениями осадков. Например, во время сезона юго-западных муссонов в больших районах Индии регулярно выпадает большое количество осадков, превышающее 10 мм в день. Дожди, превышающие нижние пороговые значения (1, 2 и 5 мм/сутки), распространяются на большие географические районы, а дожди, определенные более высокими пороговыми значениями 10, 20, 40, 80, 80 и 160 мм/сутки, используются для изоляции событий, соответствующих региону и связанных с конкретными системами дождей (впадина в море, муссон, низкое давление в Бенгальском заливе и т.д.).
В качестве следующего шага для оценки погрешности определения местоположения используется метод сопоставления моделей. В этом случае лучшее соответствие между прогнозом и наблюдаемыми объектами достигается путем максимизации коэффициента корреляции (корреляция Пирсона) между полями прогноза и наблюдаемыми объектами.
Сравнение средних квадратных ошибок между двумя моделями показывает, что NCUM имеет меньшую ошибку, чем T574, что означает, что NCUM работает лучше, чем T574, с точки зрения соответствия смещения, объема и структуры прогнозируемых осадков. Табличные значения CC и RMSE являются прямым индикатором точности прогноза. Для прогнозов с большими ошибками улучшение СС с начального на сдвиг является большим.
Сравнивая начальный КП и RMSE, можно увидеть, что NCUM (до процедуры CRA) имеет более высокий КП и более низкий RMSE, что означает, что прогноз лучше, чем Т574. Сравнивая относительное изменение в ЦК, можно отметить, что в Т574 после изменения (во время проверки ЦКУ) это изменение намного больше, чем в Т574 (особенно для прогноза от 18 июня), что еще раз подтверждает лучшие способности NCUM прогнозировать (т.е. объекты прогноза в Т574 должны быть перемещены больше для получения лучшего ЦК по сравнению с NCUM).