СПОСОБ ПРОГНОЗА ПОГОДЫ Российский патент 2001 года по МПК G01W1/00 

Изобретение относится к метеорологии, а точнее - к способам краткосрочного (на 12-72 часа) и среднесрочного (на 3-10 суток) предсказания погоды для большой территории на основе использования динамических закономерностей изменения погоды при известных, на предшествующий момент времени, фактических значениях метеоэлементов и наиболее эффективно может быть использовано при краткосрочном прогнозировании погоды в периоды дополнительных ее изменений под влиянием устанавливаемых причин искусственного или естественного происхождения.

Отметим, что среди множества причин искусственного происхождения, влияющих на погоду, к настоящему времени статистически устойчиво подтверждено влияние, например, искусственно создаваемых возмущений электрических полей атмосферы [1]. М.В.Бухаров. Способ воздействия на электрическое состояние облаков. Патент Российской Федерации N 2080776, МКП A 01 G 15/00 от 1996 г.

Среди причин естественного происхождения можно выделить наблюдающуюся зависимость изменений погоды, например, от уровня солнечной активности и возмущений характеристик механического движения Земли под влиянием меняющегося гравитационного притяжения планет и небесных тел [2]. М.В.Бухаров. Изучение взаимосвязи между изменениями погоды и космическими факторами. - Исследование Земли из космоса. 1993, N 4, с. 3-11. Кроме того, на изменение погоды могут влиять извержения вулканов и другие причины.

Известен способ прогноза погоды, заключающийся в регистрации фактических значений метеоэлементов в стандартные сроки наблюдений и разработке прогноза их изменения на основе наблюдения за временем возникновения причин естественного происхождения, способных влиять на погоду [3]. М.В.Бухаров, В.М.Алимов. Способ составления долгосрочного прогноза погоды. Патент Российской Федерации N 2002282, МКП G 01 W 1/00, 1992 г.

Недостатком известного способа является невысокая точность прогноза в периоды, когда, под влиянием причин искусственного или естественного происхождения, возникают непродолжительные (в течение, например, нескольких суток) изменения погоды.

Из известных, наиболее близким по технической сущности является способ прогноза погоды, заключающийся в регистрации фактических значений метеоэлементов в стандартные сроки наблюдений, разработке прогноза их изменения от предшествующего до некоторого очередного срока наблюдения и нахождении разницы между прогностическими и фактическими значениями метеоэлементов, зарегистрированными в соответствующий срок наблюдений [4]. Ф.Д.Томсон. Анализ и предсказание погоды численными методами. - В кн.: Лекции по численным методам краткосрочного прогноза погоды. Л.: Гидрометеоиздат, 1969, с. 7-92, с. 88. (А также см. [5]. А.А.Васильев, А.В.Фролов. Гидрометцентр на пороге нового века. В кн. : 70 лет Гидрометцентру России. С.-Пб.: Гидрометеоиздат, 1999, с. 3-24, с. 13).

Недостатком известного способа является невысокая точность прогноза погоды в периоды дополнительных ее изменений под влиянием причин искусственного или естественного происхождения.

Целью изобретения является повышение точности прогноза в периоды дополнительных ее изменений под влиянием причин искусственного или естественного происхождения.

Цель достигается тем, что в способе прогноза погоды, заключающимся в регистрации фактических значений метеоэлементов в стандартные сроки наблюдений, разработке прогноза их изменения от предшествующего до некоторого очередного срока наблюдения и нахождении различия между прогностическими и фактическими значениями метеоэлементов, зарегистрированными в соответствующий срок наблюдений, согласно изобретению, дополнительно проводят наблюдение за возможностью и временем возникновения причин искусственного или естественного происхождения, способных влиять на погоду, а в периоды, когда ожидают или регистрируют возникновение таких причин, фактические значения метеоэлементов в предшествующий срок наблюдений изменяют на такую величину, которая равна различию между прогностическими и фактическими значениями метеоэлементов, ранее наблюдавшемуся при возникновении такой же причины.

Кроме того, в качестве меры различия между прогностическими и фактическими значениями метеоэлементов принимают ее среднее значение, соответствующее совокупности случаев, когда возникновение одной и той же причины наблюдалось в пространственно совпадающих районах земного шара.

Необходимость использования заявленных существенных признаков объясняется следующими причинами.

1. Регистрация фактических значений метеоэлементов в стандартные сроки наблюдений необходима для того, чтобы использовать предшествующие зарегистрированные значения для разработки наиболее точного прогноза погоды и определения его расхождения с последующими значениями, зарегистрированными в срок, на который составлен прогноз. Регистрация осуществляется с помощью действующей сети метеостанций всего земного шара, а результаты измерений регулярно несколько раз в сутки поступают в Гидрометцентр России [5].

2. Наблюдение за временем возникновения причин искусственного или естественного происхождения, способных влиять на погоду, необходимо для того, чтобы определить момент времени, начиная с которого значения метеопараметров, используемые в прогнозах, могут быть существенно искажены, что приводит к дополнительному увеличению результирующей ошибки прогноза.

3. Изменение фактических значений метеоэлементов в срок наблюдений, предшествующий времени возникновения причин искусственного или естественного происхождения, на такую величину, которая равна различию между прогностическими и фактическими значениями метеоэлементов, ранее наблюдавшемуся при возникновении такой же причины, необходимо для того, чтобы уменьшить дополнительную ошибку прогноза, обусловленную возникающим не случайным искажением начальных данных.

4. Нахождение различия между прогностическими и соответствующими фактическими значениями метеоэлементов, необходимо для того, чтобы определить величину ошибки прогноза, а в предлагаемом способе еще и для того, чтобы определить величину изменения фактических данных под влиянием зарегистрированной причины искусственного или естественного происхождения.

5. Определение средней (по случаям, когда возникновение одной и той же причины наблюдалось в пространственно совпадающих местах земного шара) разницы между прогностическими и фактическими значениями метеоэлементов, необходимо для того, чтобы повысить точность определения величины, на которую изменяются фактические значения метеоэлементов под влиянием зарегистрированной причины искусственного или естественного происхождения.

Для подтверждения возможности осуществления изобретения рассмотрим конкретный пример его реализации. При этом для составления прогноза будем использовать действующую, например, в Гидрометцентре России методику краткосрочного регионального прогнозирования [6] . С.Л.Белоусов, Л.В.Беркович, В.М. Лосев. Развитие гидродинамических методов краткосрочного прогноза погоды. - В кн.: 70 лет Гидрометцентру России. С.-Пб.: Гидрометеоиздат, 1999, с. 44-58, с. 48).

В качестве одной из причин искусственного происхождения, которая способна влиять на погоду, будем учитывать воздействия на атмосферу, проводимые с помощью высоковольтных импульсных электрических полей, например, по методу [1].

Поясним, что воздействия такого типа уже продолжительное время используются в г. Саламанка (Мексика) для улучшения экологической ситуации и уменьшения концентрации опасной для здоровья двуокиси серы. При этом, как установлено экспериментально и подтверждено авторами на модельных расчетах, такие воздействия способны оказывать слабое возмущающее влияние на атмосферное давление и, соответственно, на осадки и направление приземного ветра в районе воздействий.

Способ реализуется следующим образом. С помощью наземной метеорологической сети наблюдений несколько раз в сутки осуществляют регистрацию фактических значений метеоэлементов в стандартные сроки наблюдений (например, через каждые 6 часов). По результатам этих измерений, с помощью известной региональной модели циркуляции атмосферы, например [6], разрабатывают региональный краткосрочный прогноз изменения зарегистрированного поля давления от предшествующего срока наблюдения, например за 0 ч (по среднегринвичскому времени), на 24 часа вперед, т.е. на 0 ч следующих суток.

Одновременно с этим, в течение текущих суток осуществляют сбор и регистрацию информации о возможности возникновения причин искусственного или естественного происхождения, способных влиять на погоду. В простейшем случае это может быть информация, например о том - проводятся или нет в данные сутки включения установки по способу [1] в регионе, на который делается прогноз.

Если работы по способу [1] начали проводиться после 0 ч текущих суток, то фактические значения метеоэлементов в предшествующий срок наблюдений (0 ч текущих суток) изменяют на такую величину, которая равна различию между прогностическими и фактическими значениями метеоэлементов, ранее наблюдавшемуся при проведении таких же воздействий. После чего, по измененным значениям метеоэлементов повторно разрабатывают уже уточненный региональный краткосрочный прогноз поля давления на 24 часа вперед.

При наступлении срока, соответствующего сроку прогноза (т.е. 0 ч следующих суток), находят разницу между фактическими значениями поля давления в этот момент времени в заданном регионе и каждым из двух разработанных прогнозов (исходным, сделанным без учета возможных возмущений, и уточненным с учетом возмущений). Найденное различие между фактическими значениями поля давления и исходным прогнозом используют в дальнейшем для уточнения средней разницы между прогностическими и фактическими значениями метеоэлементов в период проведения аналогичных воздействий. А различие между фактическими значениями поля давления и уточненным прогнозом используют для оценки погрешности этого прогноза.

Можно показать, что аналогичным образом возможно получение уточненного прогноза и в случаях, когда проводится наблюдение и регистрация влияния на погоду мощных вспышек на Солнце, извержений вулканов и других причин естественного происхождения, способных влиять на погоду.

Как показали результаты реализации способа для территории Мексики, где в настоящее время (в г. Саламанка) проводится эксплуатация метода [1], предложенный способ обеспечивает получение более высокой (на 10% и более) точности краткосрочных прогнозов по сравнению с этими же прогнозами, составленными без учета влияния управляемых воздействий. При этом положительный эффект наблюдается при использовании разных моделей погоды, реализованных как в Гидрометцентре России, так и в других мировых центрах прогноза погоды.

Отметим, что определение среднего (за длительный срок) различия между прогностическими и фактическими значениями метеоэлементов в конкретном регионе позволяет обнаруживать и исключать из прогноза ошибки, обусловленные влиянием трудно учитываемого сложного рельефа места, а также других причин, в том числе и антропогенного происхождения.

Использование: в метеорологии и народном хозяйстве. Сущность изобретения: способ заключается в наблюдении за временем возникновения причин искусственного и/или естественного происхождения, влияющих на погоду, и изменении предшествующих фактических значений метеоэлементов, по которым разрабатывается прогноз, на величину, равную среднему различию между прогностическими и фактическими значениями метеоэлементов, ранее наблюдавшемуся при возникновении такой же причины в тех же районах земного шара. Технический результат - повышение точности краткосрочного и среднесрочного предсказания погоды в периоды ее изменчивости под влиянием причин искусственного и/или естественного происхождения. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ прогноза погоды, заключающийся в регистрации фактических значений метеоэлементов в стандартные сроки наблюдений, разработке прогноза их изменения от предшествующего до некоторого очередного срока наблюдения и нахождении различия между прогностическими и фактическими значениями метеоэлементов, зарегистрированными в соответствующий срок наблюдений, отличающийся тем, что дополнительно проводят наблюдение за возможностью и временем возникновения причин искусственного или естественного происхождения, способных влиять на погоду, а в периоды, когда ожидают или регистрируют возникновение таких причин, фактические значения метеоэлементов в предшествующий срок наблюдений изменяют на такую величину, которая равна различию между прогностическими и фактическими значениями метеоэлементов, ранее наблюдавшемуся при возникновении такой же причины, после чего осуществляют повторную разработку прогноза по измененным значениям метеоэлементов. 2. Способ прогноза погоды по п.1, отличающийся тем, что в качестве меры различия между прогностическими и фактическими значениями метеоэлементов принимают ее среднее значение, соответствующее совокупности случаев, когда возникновение одной и той же причины наблюдалось в пространственно совпадающих районах земного шара.