СОКРАЩЕНИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава 1. Подходы к краткосрочным прогнозам погоды 7
1.1 Синоптические методы 7
1.1.1 Прогноз моросящих осадков 8
1.1.2 Прогноз обложных осадков 9
1.1.3 Прогноз ливневых осадков, гроз и града 12
1.2 Физико-статистические методы 15
1.3 Гидродинамические методы 17
Глава 2. Описание модели WRF 22
2.1 Общая характеристика WRF 22
2.2 Элементы программной системы WRF 23
2.2.1 Структура программной системы WRF 24
2.3 Параметризация физических процессов в модели 32
Глава 3 Составление краткосрочного прогноза осадков 39
3.1 Модель краткосрочных прогнозов на урбанизированных территориях 40
3.2 Краткое климатическое описание города Сочи 42
3.3 Адаптация модели для Сочи 44
3.3.1 Отбор данных для работы с моделью 49
3.4 Результаты моделирования 51
3.5 Верификация модели 53
3.6 Синоптический анализ 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 67
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 68
Приложение А 75
Приложение Б 78
Приложение В 82
Приложение Г 84
В современных условиях многие отрасли экономики, такие как сельское хозяйство, авиация и транспорт, сильно зависят от погодных условий, в том числе от количества осадков, особенно их экстремальных значений.
Осадки — вода в жидком или состоянии, которая выпадает из облаков на поверхность . Экстремальные осадки — это колебания в количестве выпавших осадков, которые значительно отличаются от средних показателей для данного региона и времени года, и могут нанести серьезный ущерб жизни и имуществу. Это может быть как чрезмерный дождь или снегопад, так и засуха. В данной работе рассматривались экстремально сильные осадки .
Прогнозирование экстремальных осадков важно для защиты жизни и имущества людей от различных стихийных бедствий, таких как наводнения, оползни, затопления дорог и мостов, срывы урожая и т.п. Это помогает государству, коммунальным службам и потребителям прогнозов принимать меры для минимизации ущерба и обеспечения безопасности населения . Также прогнозирование экстремальных осадков может быть полезным для планирования сельскохозяйственных работ, строительства
инфраструктуры, а также для управления водными ресурсами и регулирования уровня воды в реках и озерах. Прогноз осадков для военной и гражданской авиации является важной задачей, которая помогает обеспечить безопасность полетов. Информация об экстремальных осадках является важным аспектом деятельности военных сил, поскольку это позволяет им принимать решения о выполнении различных задач и операций.
Экстремальные осадки имеют очень разрушительную силу. Например, только из-за ливня 22-23 июля 2022 года по подсчетам РосБизнесКонсалтинг Краснодар в пресс-службе мэрии города Сочи экономический ущерб составил 675,9 млн рублей, что составило почти 15% от доходов города за месяц 2022 года. А подобные экстремальные значения осадков в г. Сочи наблюдаются достаточно часто. Сложность в прогнозировании дополнительно носит рельеф местности, наличие гор и моря. Исходя из всего вышесказанного вытекает актуальность работы. Целью данного исследования является создание системы гидродинамического моделирования для города Сочи и ее тестирование.
Для этого в ходе работы были решены следующие задачи:
1. Отбор архивных случаев с наибольшим количеством осадков за последние 5 лет;
2. Подготовка начальных данных для гидродинамического прогноза;
3. Адаптация модели к исследуемой территории (подбор оптимального шага для материнской и вложенной сетки, разрешение орографии и т.п.);
4. Постпроцессинг;
5. Оценка чувствительности результатов модели к различным параметризациям;
6. Верификация результатов;
7. Синоптический анализ ситуаций, приводящих к выпадению экстремальных сумм осадков.
Объектом исследования являются экстремально сильные осадки. Предметом - качество их воспроизведения моделью WRF при различных параметризациях. Теоретическая часть выпускной квалификационной работы была составлена при помощи отечественной и зарубежной литературы, статей, учебников и наставлений по данному вопросу.
Наличие сильных осадков является опасным погодным явлением, а если они не спрогнозируемы заранее, они могут стать угрозой для многих областей человеческой деятельности.
В ходе работы были реализованы все поставленные задачи. В результате проделанной работы было выявлено:
• лучше всего модель дает прогноз на выбранной территории исследования при использовании на сетках схемы Кейна-Фрича;
• для дней без осадков модель с использованием схемы Кейна-Фрича в 70% случаев прогнозирует осадки;
• осадки на данной территории с выбранной параметризацией (схема Кейна-Фрича на обеих сетках, схема Кейна-Фрича только на сетке 6,5х6,15, схема Тидтке на обеих сетках) в 77% случаях завышаются;
• основной синоптической обстановкой, при которой выпадали экстремальные осадки за выбранный период, является ложбина циклона (90%), а также холодный фронт первого рода (10%);
• для лучшего прогноза рекомендуется использовать не только прогностическую информацию модели, но и карты погоды.
