Прогнозами погоди притаманні невизначеності в силу хаотичності атмосфери і обмеженості моделей прогнозу погоди. Системи ансамблевого прогнозування (САП) широко використовуються в метеорологічному співтоваристві для кількісної оцінки цих невизначеностей, але до останнього часу про них не повідомляли кінцевим користувачам. Однак така інформація про невизначеностей має великі можливості, щоб удосконалити процеси термінового прийняття рішень органами з цивільного захисту та іншими зацікавленими сторонами, особливо якщо вона адаптована до їхніх потреб і складена з використанням їх термінології. Саме таку інформацію надає PROFORCE шляхом багатогалузевого і міжгалузевого співробітництва між метеорологічними службами і кінцевими користувачами. Вона підвищує інформованість органів цивільного захисту про потенційних впливах екстремальних явищ.
Проект PROFORCE почався в грудні 2013 року і тривав два роки. Його фінансування здійснювалося спільно з Департаментом з гуманітарної допомоги та цивільного захисту Європейської комісії (ECHO), а керувала проектом Метеорологічна служба Австрії (ZAMG). На основі транснаціонального співробітництва між національними метеорологічними службами Австрії та Угорщини (відповідно ZAMG і OMSZ) і партнерами з цивільного захисту в районах Нижньої Австрії і округу Шомодь PROFORCE покликаний удосконалити процедури забезпечення готовності і прийняття рішень в органах з цивільного захисту за рахунок створення інноваційної системи безшовного імовірнісного прогнозування.
Основною характеристикою системи безшовного прогнозування PROFORCE є імовірнісний елемент, що містить інформацію про невизначеності і прогнозованості суворих метеорологічних явищ. Органи з цивільного захисту повинні мати можливість використовувати цю інформацію для оптимізації процесу прийняття рішень з точки зору забезпечення готовності та обізнаності і, отже, для більш ефективного захисту суспільства і навколишнього середовища від впливу суворої погоди.
Безшовне розподіл усіх прогнозування PROFORCE об'єднує чотири різних системи:
- систему ансамблевого прогнозування (САП) Європейського центру середньострокових прогнозів погоди (ЕЦСПП), що представляє середньостроковий прогноз і прогноз синоптичної масштабу;
- систему ансамблевого прогнозування для обмеженій території Центральної Європи (ALADIN-LAEF), що представляє прогнози для цього регіону (і ALADIN-HUNEPS - для території Угорщини);
- САП Французької мезомасштабної моделі прогнозування погоди (AROME) яка надає прогнози з завчасністю до 30 годин з акцентом на конвекції;
- ансамбль інтегрованого прогнозу поточної погоди за допомогою комплексного аналізу (INCA), що забезпечує інформацію для прийняття рішень з тим, щоб органи з цивільного захисту виносили більш обгрунтовані судження перед обличчям нової небезпеки лиха.
Кожна система відіграє свою роль в підготовці кінцевої безшовної продукції відповідно до характеру прогнозованого метеорологічного явища (будь то явище конвективного масштабу або великомасштабне явище) і терміном дії прогнозу. Вважаючи, що кожна САП має найкращі результати в своїх тимчасових рамках, на кожному окремому часовому етапі прогнозу використовуються дані відповідної САП, отже, прогноз виходить безшовним. Таким чином, з кожним днем, який наближає екстремальне явище, точність прогнозів і попереджень підвищується. Чітко помітні прогалини в тимчасових кроках, які утворюються через різні фонових моделей, відображені в кінцевої продукції з урахуванням того, що співробітникам органів з цивільного захисту, спеціально підготовленим для проекту PROFORCE, доведеться працювати з такими невизначеностями.
Безшовні обміни інформацією між метеорологами і персоналом з цивільного захисту та дії побудовані за такою схемою:
САП ЕЦСПП показує потенційне суворе метеорологічне явище, що має відносно високу ймовірність, і перші попередні попередження направляються органам з цивільного захисту, які приступають до етапу практичних дій «реагування» і приймають завчасні заходи, такі як складання графіка чергувань.
Конкретніше попередження / підготовка - За два або три дні до можливого явища наступна САП передає прогнози, які є більш точними у відношенні як простору, так і часу. Таким чином, вона може дати більш конкретне попередження. Керуючись цим попередженням, персонал з цивільного захисту приступає до етапу практичних дій «підготовка», який передбачає більш активні дії, такі як надання обладнання та людей. На наступний день САП, що дозволяє враховувати конвекцію, надає більш детальну інформацію, особливо для районів зі складною топографією, таких як Альпи.
Прогноз поточної погоди / активне включення в роботу - Нарешті, САП за прогнозом поточної погоди дає найбільш точну картину суворої метеорологічної ситуації, яка дозволяє прийняти остаточні рішення. Персонал з цивільного захисту приступає до третього етапу «активні дії», під час якого реалізуються остаточні плани, наприклад концентрація оперативної діяльності в районах, що піддаються найбільшій небезпеці. Цей підхід на основі прогнозу поточної погоди особливо важливий для конвективних явищ в літній сезон, які характеризуються високою просторово-часової мінливістю. З цієї причини розрахунки по ансамблю моделей прогнозу поточної погоди INCA виконуються кожну годину, тоді як інші моделі - САП AROME, ALADINLAEF і САП ЕЦСПП - оновлюються лише кожні 12 год; що стосується Угорщини, модель ALADIN-HUNEPS оновлюється лише раз на добу.
Метеорологи та персонал з цивільного захисту спільно розробили відповідні комплекти метеорологічних даних, які ясно і просто показують прогнози, підтримуючи тим самим процес швидкого прийняття рішень. Перш за все, партнери з цивільного захисту визначили прийнятні порогові значення для основних метеорологічних параметрів: швидкості вітру, опадів і температури. Ці порогові значення значно відрізнялися в двох країнах. Наприклад, порив вітру 60 км / год є звичайним і часто спостерігається в гірських районах Австрії, але є серйозною небезпекою для надзвичайно вразливого району озера Балатон в Угорщині, місця літнього проведення безлічі водних спортивних заходів. В результаті були створені два окремих веб-порталу, по одному для кожної країни з різними граничними значеннями і візуалізацією.
На місцях показ продукції готується таким чином, щоб прогноз був безшовним, т. Е. Прогнози середньої завчасності і більш низької роздільної здатності автоматично заміщуються прогнозами більш високої роздільної здатності з більш коротким терміном. Таким чином, користувачеві не треба ідентифікувати конкретну модель САП. Результати окремих систем САП візуалізуються як у вигляді імовірнісних карт, що показують імовірність
перевищення певних порогових значень, так і у вигляді інформації по конкретного місця для заздалегідь обраних місць в формі метеограми або шлейфів. Імовірнісні карти на австрійському порталі супроводжуються елементами зображень, які наочно показують рівень загрози подібно сигналам світлофора: зелений, жовтий, помаранчевий і червоний в міру зростання загрози.
Сукупний показник загрози був створений для того, щоб забезпечити органи цивільного захисту загальною інформацією відразу після входу на веб-портал. Він враховує ймовірність явища, його небезпека (інтенсивність) і завчасність за умови, що прогноз більшою завчасності зазвичай містить вищі невизначеності. Іншими словами, «жовте» попередження за тиждень не повинно викликати паніку, а «червоне» попередження в прогнозі на наступний день має стати сигналом тривоги.
Міждисциплінарне співробітництво між метеорологами і органами з цивільного захисту послужило ключем до успіху PROFORCE. Персонал з цивільного захисту повинен був навчитися працювати з ймовірними прогнозами, щоб отримати максимальну користь від використання веб-порталу. Навчальні заняття в обох країнах допомогли зміцнити міжнаціональну співпрацю, а відгуки органів з цивільного захисту щодо ймовірнісної інформації також дозволили розробникам моделей вдосконалити свої САП.
Інформація безшовного імовірнісного прогнозування обробляється, візуалізується і потім відправляється на спеціально створений веб-портал, який доступний для органів цивільного захисту та фахівців в галузі управління лихами (приклад з веб-порталу Австрії).
В ході проекту система піддавалася інтенсивної перевірці під час суворих погодних умов в контрольних районах Нижньої Австрії і округу Шомодь (грудень 2013 р - листопад 2015 р.) Відгуки кінцевих користувачів і зацікавлених осіб в основному були позитивними, і придатність системи для оперативного використання в органах з цивільного захисту була підтверджена. При наявності нової системи превентивних дії і заходи щодо забезпечення готовності можна було б зробити набагато раніше, і вони були б більш конкретними, ніж при використанні класичного детерминистского прогнозу погоди.
Хорошим прикладом у цьому зв'язку є ураган «Ніклас" (30 березня - 2 квітня 2015 г.). За 7 днів до урагану САП ЕЦСПП попередила про високу ймовірність поривів вітру з перевищенням порогового значення на великій території Австрії. Як тільки глобальна САП вперше виявляє суворе метеорологічне явище, необхідно безперервно перевіряти достовірність його розташування, часу та інтенсивності від одного прогнозу до наступного. Це призвело до появи первинних попереднього повідомлення в відповідних районах за п'ять днів до початку явища. За три дні до початку явища САП більш високої роздільної здатності показала дуже високу ймовірність поривів вітру вище 80 км / ч (рівень 2) і високу ймовірність поривів, що перевищують 100 км / год (рівень 3, найвищий рівень попередження). Нарешті, максимальний порив, зареєстрований на низькорозташованих метеорологічних станціях, склав 121 км / ч в містечку Еннс, Верхня Австрія. Додаткова інформація про надійність і невизначеності в новій системі дозволила дати більш точну оцінку ситуації; проте САП поточної погоду не забезпечила додаткову вигоду. Робота системи перевірялась шляхом зіставлення попереджень з картами розгортання дій органів з цивільного захисту. Відзначалася дуже висока кореляція між районами інтенсивних дій по забезпеченню цивільного захисту та виділеними районами в прогностичної продукції САП, особливо для великомасштабних збурень і паводків.
Під час літніх сезонів 2014 і 2015 рр. Угорський центр управління стихійними лихами широко використовував систему імовірнісного прогнозування при підготовці до кількох спортивних змагань на озері Балатон і поблизу нього, включаючи вітрильні перегони «Blue Ribbon Race», заплив через озеро Балатон. Для останнього, заходи інформація САП виявилася корисною, коли настав час вирішувати, чи треба відкладати змагання. Заходи на озері Балатон уразливі до раптових змін погоди, які іноді можуть обмежуватися окремими регіонами. Досвід проекту PROFORCE показав, що, хоча методи прогнозування за допомогою САП можуть підвищити прогнозованість цих змін, як і раніше необхідно подальше вдосконалення, особливо в області прогнозування поточної погоди.
Поєднання ступеня ризику, ймовірності та завчасності для визначення загального рівня загрози
PROFORCE був важким, але цікавим проектом, який фактично переслідував дві мети. Перша мета полягала в тому, щоб налагодити зв'язок між прогностичним співтовариством, яке здійснює моніторинг погоди і знає сильні і слабкі сторони кожної окремої моделі, і співтовариством з цивільного захисту, яке приділяє основну увагу впливів суворої погоди. Налагодити порозуміння між цими двома групами виявилося непросто.
Друга мета стосувалася ймовірностей. Хоча органи цивільного захисту та були знайомі з метеорологічними та кліматичними дослідженнями, вони, як і прогнозисти, тільки в більшому ступені, лише починають вчитися управляти можливостями і довіряти їм. Персонал з цивільного захисту повинен регулярно проходити навчання, щоб більш впевнено застосовувати концепцію імовірнісного прогнозування, приймаючи щоденні рішення щодо розподілу допомоги або скасування масових заходів.
Важливо підкреслити, що система скріпленої САП не замінює повністю стандартні попередження, що випускаються прогностичним бюро, яке також бере до уваги результати, отримані за допомогою інших моделей чисельного прогнозу погоди, і дані спостережень. В першу чергу вона призначена для того, щоб надавати додаткову інформацію та детальні дані щодо просторового розподілу і інтенсивності метеорологічних параметрів.
В кінцевому рахунку кожна ланка в ланцюжку попереджень, від офіційних органів влади до місцевих зацікавлених сторін і, нарешті, до широкої публіки, може отримати користь від цього проекту. Змінюється погода завжди тягне за собою нові складні проблеми як для метеорологів, так і для експертів у сфері цивільного захисту. Хоча проект PROFORCE вже завершився, створене ним міжрегіональне і міждисциплінарне співробітництво триватиме ще багато років.
Автори висловлюють подяку усім колег, які зробили внесок в проект PROFORCE. Особливої подяки заслуговують члени Науково-консультативної ради: Фріц Нойвірт, Матіас Штайнер, Зігфрід Якс, Цзяньцзи Вань, Саймон Джексон і Елліс Соарес. Висловлюємо подяку за все матеріали та інформацію, надані Гергієв Хейзлером (DMDSC) і Йоханом Дантінгером (NOEL-CP). На 75% проект PROFORCE фінансувався за рахунок Департаменту з гуманітарної допомоги та цивільного захисту Європейської комісії (ECHO).
автори:
Клеменс Вастлом [1] , Юн Ван1, Андре Саймон [2] , Мартін Кулмер1 і Андреа Сігл1
[1] Відділ прогностичних моделей, Центральний інститут метеорології і геодинаміки (ZAMG), Австрія
[2] Угорська метеорологічна служба (OMSZ), Угорщина
