References

tinro

Известия ТИНРО

Izvestiya TINRO

1606-99192658-5510

ТИНРО

10.26428/1606-9919-2018-194-239-250

tinro-414

Research Article

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

METHODS OF INVESTIGATIONS

МЕТОДИКА ПРОГНОЗА ЛЕДОВЫХ ПАРАМЕТРОВ НА АКВАТОРИЯХ ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫХ МОРЕЙ БОЛЬШОЙ ЗАБЛАГОВРЕМЕННОСТИ

Method for predicting the ice cover parameters in the waters of the Far-Eastern Seas with a long lead time

Анжина

Г. И.

Anzhina

G. I.

Анжина Галина Ивановна, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник

690091, г. Владивосток, ул. Фонтанная, 24

Anzhina Galina I., Ph.D., leading researcher

hydromet@mail.ru

Вражкин

А. Н.

Vrazhkin

A. N.

Вражкин Александр Николаевич, кандидат технических наук, заведующий отделом

690091, г. Владивосток, ул. Фонтанная, 24

Vrazhkin Alexandr N., Ph.D., head of department

van@ferhri.ru

Дальневосточный региональный научно-исследовательский гидрометеорологический институтРоссияДальневосточный региональный научно-исследовательский гидрометеорологический институтRussian Federation

2018

30092018

1943239250

2018

Анжина Г.И., Вражкин А.Н.

Anzhina G.I., Vrazhkin A.N.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://izvestiya.tinro-center.ru/jour/article/view/414

Предложена обобщенная методика физико-статистического прогноза ледовых параметров (средней месячной и декадной ледовитости, среднего месячного положения кромки льда) на акватории дальневосточных морей заблаговременностью более 7 мес. Для расчета прогностического значения ледового параметра используется ансамблевый подход. Формирование ансамбля осуществляется по максимальной величине оправдываемости прогнозов, полученной на независимой выборке. Проведен анализ качества прогнозов ледовых параметров предложенными методами за два ледовых сезона (2015/16–2016/17 гг.). Наиболее эффективными для трех параметров оказались прогнозы для акватории Охотского моря. Средняя оправдываемость климатологических прогнозов изменялась от 61 до 67 %, а методических — от 75 до 83 %. В Японском море максимальная эффективность отмечена в прогнозах средней месячной ледовитости (30 %). В Беринговом море климатологический прогноз средней месячной и декадной ледовитости оказался эффективнее методического, а методический прогноз положения кромки льда (при оправдываемости 65 %) на 11 % превзошел климатологический. В целом осредненные за сезон оправдываемости прогнозов по всем ледовым параметрам на акваториях дальневосточных морей превысили 70 %. Приведенные оценки свидетельствуют о возможности использования для дальневосточных морей методов прогноза средней месячной и декадной ледовитости, а также положения кромки льда.

New method for long-term forecasting of mean month and mean 10-days values of the ice cover and position of the ice edge in the Far-Eastern Seas is presented. The sea ice regime is formed under influence of thermal and dynamic patterns in the atmosphere and hydrosphere, though mechanisms of its forming and evolution are not yet completely clear, so the sea ice forecasting is based mainly on statistical methods. The new method is developed for the ice parameters prediction for the period with stable ice cover. It uses a physical-statistical model with ensemble approach. The minimum lead time of this method is 7 months. The model assimilates the data on absolute topography of 500 GPa surface, atmospheric pressure at the sea level, air temperature at 850 GPa surface and at the sea surface, relative topography of 500/1000 GPa surfaces, and the South Oscillation index. Archives of these fields for the Northern Hemisphere from 1961 to 2017 are loaded. The ensemble of predictions is formed using the criterion of their maximum accuracy on independent data sets. The method is tested for the winter seasons of 2015/2016 and 2016/2017. The most accurate by 3 parameters are the forecasts for the Okhotsk Sea with the average accuracy 75–83 % that is much better than the accuracy of climatic forecasts (61–67 %). The forecast of the mean month ice cover only is satisfactory for the Japan Sea, and the forecast of the ice edge position only (65 % accuracy) exceeds the climate forecasting accuracy for the Bering Sea, while the climatic forecasting shows better results for the ice cover. The average accuracy of forecasting with new method (all parameters for all seas) exceeds 70 %, that allows to recommend the method for practical using. A prognostic product could be proposed as charts of the sea ice edge for future winter with estimations of the ice cover for each sea by months and 10-days.

прогноз большой заблаговременностидекадная ледовитостькромка льдафизико-статистическая модельансамблевый подходоправдываемость прогнозов

long-term forecastice coverice edgephysical-statistical modelensemble approachforecast accuracy

References1

Анжина Г.И., Вражкин А.Н. Ансамблевый подход к долгосрочному прогнозу ледовитости Берингова моря с заблаговременностью более 6 месяцев // ДВНИГМИ — 60 лет. — Владивосток : Дальнаука, 2010а. — С. 145–157.

Anzhina, G.I. and Vrazhkin, A.N., An ensemble approach to the long-term prediction of ice cover in the Bering Sea for 6 months ahead, in DVNIGMI — 60 let (The 60th Anniversary of the Far Eastern Regional Hydrometeorological Research Institute), Vladivostok: Dal’nauka, 2010a, pp. 145–157.

Анжина Г.И., Вражкин А.Н. Ледовитость Японского моря и метод прогноза её средних месячных значений с большой заблаговременностью // ДВНИГМИ — 60 лет. — Владивосток : Дальнаука, 2010б. — С. 134–144.

Anzhina, G.I. and Vrazhkin, A.N., Ice cover of the Sea of Japan and the method to forecast its average monthly values for a long time ahead, in DVNIGMI — 60 let (The 60th Anniversary of the Far Eastern Regional Hydrometeorological Research Institute), Vladivostok: Dal’nauka, 2010b, pp. 134–144.

Анжина Г.И., Вражкин А.Н. Визуальная интерпретация категорических прогнозов ледовитости дальневосточных морей // Тр. ДВНИГМИ. — 2012. — Вып. 154. — С. 91–100.

Anzhina, G.I. and Vrazhkin, A.N., Visual interpretation of categorical forecasts of ice cover in the Far Eastern seas, Tr. Dal’nevost. Nauchno-Issled. Gidrometeorol. Inst., 2012, vol. 154, pp. 91–100.

Анжина Г.И., Вражкин А.Н. Прогноз с большой заблаговременностью среднемесячной ледовитости дальневосточных морей с детализацией по декадам // Тр. ДВНИГМИ. — 2017. — Вып. 155. — С. 141–156.

Anzhina, G.I. and Vrazhkin, A.N., A long lead-time prediction of the average monthly ice cover in the Far Eastern seas with details for decades Tr. Dal’nevost. Nauchno-Issled. Gidrometeorol. Inst., 2017, vol. 155, pp. 141–156.

Анжина Г.И., Вражкин А.Н. Фоновый прогноз с большой заблаговременностью среднего месячного положения кромки льда на акваториях дальневосточных морей // Юбилейный выпуск ДВНИГМИ — 65 лет. — Владивосток : Дальнаука, 2015. — С. 124–143.

Anzhina, G.I. and Vrazhkin, A.N., A background long lead-time forecast of the average monthly position of the ice edge in waters of the Far Eastern seas, in Yubileinyi vypusk DVNIGMI — 65 let (The 65th Anniversary of the Far Eastern Regional Hydrometeorological Research Institute, Jubilee Issue), Vladivostok: Dal’nauka, 2015, pp. 124–143.

Анжина Г.И., Вражкин А.Н., Щербинина Т.П., Примачев Е.В. Автоматизированный метод прогноза средней месячной ледовитости Охотского, Японского и Берингова морей с заблаговременностью до одного года // Информационный сборник № 40. — М. ; Обнинск : ИГ-СОЦИН, 2013. — С. 80–96.

Anzhina, G.I., Vrazhkin, A.N., Shcherbinina, T.P., and Primachev, E.V., An automated method for predicting the average monthly ice cover in the seas of Okhotsk, Japan, and in the Bering Sea for up to one year ahead, Informatsionnyi sbornik N 40 (Information Collection no. 40), Obninsk: IG-SOTsIN, 2013, pp. 80–96.

Астахова Е.Д., Бундель А.Ю., Багров А.Н. и др. Система ансамблевого глобального прогноза метеорологических полей с заблаговременностью до 240 часов: результаты оперативных испытаний // Информационный сборник № 43. — М. ; Обнинск : ИГ-СОЦИН, 2016. — С. 63–79.

Astakhova, E.D., Bundel’, A.Yu., Bagrov, A.N., Rozinkina, I.A., Ponomareva, T.Ya., Ru¬zanova, I.V., and Tsvetkov, V.I., A system of ensemble global forecast of meteorological fields for up to 240 hours ahead: results of operational tests, Informatsionnyi sbornik N 43 (Information Collection no. 43), Obninsk: IG-SOTsIN, 2016, pp. 63–79.

Думанская И.О. Метод долгосрочного прогноза ледовых условий в Баренцевом море, Финском заливе и в северной части Каспийского моря, основанный на использовании статистического моделирования // Информационный сборник № 42. — М. ; Обнинск : ИГ-СОЦИН, 2015. — С. 111–128.

Dumanskaya, I.O., The method of long-term forecast of ice conditions in the Barents Sea, the Gulf of Finland, and the northern Caspian Sea, based on the use of statistical modeling, Informatsionnyi sbornik N 42 (Information Collection no. 42), Obninsk: IG-SOTsIN, 2015, pp. 111–128.

Думанская И.О. Метод долгосрочного прогноза ледовых условий на Белом и Азовском морях // Тр. Гидрометцентра России. — 2011а. — Вып. 345. — С. 74–93.

Dumanskaya, I.O., Method of long-term forecast of ice conditions in the White Sea and the Sea of Azov, Tr. Gidrometeorol. Nauchno-Issled. Tsentra Ross. Fed., 2011a, vol. 345, pp. 74–93.

Думанская И.О. О методике долгосрочного прогноза ледовых условий на европейских морях России // Метеорол. и гидрол. — 2011б. — № 11. — С. 64–77.

Dumanskaya, I.O. On the method of long-range forecasting of ice conditions in the European seas of Russia, Russ. Meteorol. Hydrol., 2011, vol. 36, no. 11, pp. 747–757.

Жежко Р.Я., Толмачева М.А. О способе выявления информативных предикторов // Тр. ДВНИГМИ. — 1990. — Вып. 136. — С. 110–118.

Zhezhko, R.Ya. and Tolmacheva, M.A., On the method to reveal informative predictors, Tr. Dal’nevost. Nauchno-Issled. Gidrometeorol. Inst., 1990, vol. 136, pp. 110–118.

Каракаш А.И. Прогноз крупных аномалий ледовитости неарктических морей // Тр. Гидрометцентра СССР. — 1975. — Вып. 161. — С. 69–97.

Karakash, A.I., Prediction of large anomalies of ice cover in the non-Arctic seas, Tr. Gidrometeorol. Nauchno-Issled. Tsentra SSSR, 1975, vol. 161, pp. 69–97.

Каракаш А.И., Короб М.И. О прогнозе ледовитости неарктических морей СССР // Тр. Гидрометцентра СССР. — 1988. — Вып. 292. — С. 118–123.

Karakash, A.I. and Korob, M.I., On prediction of ice cover in the non-Arctic seas of the USSR, Tr. Gidrometeorol. Nauchno-Issled. Tsentra SSSR, 1988, vol. 292, pp. 118–123.

Каракаш А.И., Ющак Т. О долгосрочных ледовых прогнозах // Тр. ЦИП. — 1966. — Вып. 156. — С. 89–98.

Karakash, A.I. and Yushchak, T., On long-term ice forecasts, Tr. Tsentr. Inst. Prognozov, 1966, vol. 156, pp. 89–98.

Клячкин С.В., Гудкович З.М., Гузенко Р.Б., Май Р.И. Результаты испытания численной модели прогноза распределения льдов в юго-западной части Охотского моря заблаговременностью 1–5 суток // Информационный сборник № 42. — М. ; Обнинск : ИГ-СОЦИН, 2015. — С. 66–82.

Klyachkin, S.V., Gudkovich, Z.M., Guzenko, R.B., and Mai, R.I., The results of testing the numerical model to predict distribution of ice in the southwestern Sea of Okhotsk for 1–5 days ahead, Informatsionnyi sbornik N 42 (Information Collection no. 42), Obninsk: IG-SOTsIN, 2015, pp. 66–82.

Муравьев А.В., Куликова И.А. Ансамбли прогнозов: методы, проблемы и перспективы // Метеорол. и гидрол.— 2005.— № 3. — С. 5–23.

Muraviev, A.V. and Kulikova, I.A., Forecast ensembles: Methods, problems, and prospects, Russ. Meteorol. Hydrol., 2005, no. 3, pp. 1–13.

Оганесян В.В. Долгосрочный прогноз ледовитости Аральского моря // Тр. Гидрометцентра СССР. — 1975. — Вып. 161. — С. 108–116.

Oganesyan, V.V., Long-term forecast of ice cover in the Aral Sea, Tr. Gidrometeorol. Nauchno-Issled. Tsentra SSSR, 1975, vol. 161, pp. 108–116.

Петров А.Г. Ледопродуктивность акватории Татарского пролива и осолонение вод в холодный период года // Тематический выпуск ДВНИГМИ № 3. — Владивосток : Дальнаука, 2000. — С. 133–138.

Petrov, A.G., Ice productivity of the Tatar Strait water area and salinization of waters during the cold season, in Tematicheskii vypusk DVNIGMI N 3 (Thematic Issue of the Far Eastern Regional Hydrometeorological Research Institute no. 3), Vladivostok: Dal’nauka, 2000, pp. 133–138.

Петров А.Г. Некоторые особенности распространения холодного промежуточного слоя в Охотском море // Тр. ДВНИГМИ. — Л. : Гидрометеоиздат, 1989. — Вып. 39. — С. 141–147.

Petrov, A.G., Some features of distribution of the cold intermediate layer in the Sea of Okhotsk, Tr. Dal’nevost. Nauchno-Issled. Gidrometeorol. Inst., 1989, vol. 39, pp. 141–147.

Плотников В.В. Долгосрочный прогноз ледовитости Охотского моря с учетом крупномасштабных атмосферных процессов // Метеорол. и гидрол. — 1996. — № 12. — С. 93–100.

Plotnikov, V.V., Long-term ice cover forecast for the Sea of Okhotsk with allowance for large-scale atmospheric processes, Meteorol. Hydrol., 1996, no. 12, pp. 93–100.

Плотников В.В. Изменчивость ледовых условий дальневосточных морей России и их прогноз : моногр. — Владивосток : Дальнаука, 2002. — 167 с.

Plotnikov, V.V., Izmenchivost’ ledovykh uslovii dal’nevostochnykh morei Rossii i ikh prognoz (Variability of Ice Conditions in the Far Eastern Seas of Russia and Prediction of Them), Vladivostok: Dal’nauka, 2002.

Плотников В.В. Состояние и перспективы развития методов ледовых прогнозов на морях Дальнего Востока // Метеорол. и гидрол. — 1985. — № 10. — С. 114–118.

Plotnikov, V.V., The state and prospects of the development of methods for ice forecasts in the Far Eastern seas, Meteorol. Hydrol., 1985, no. 10, pp. 114–118.

Полякова А.М. К сверхдолгосрочному прогнозу ледовитости дальневосточных морей // Вестн. ДВО РАН. — 2012. — № 6. — С. 3–12.

Polyakova, A.M., On superlong-term forecasts of the Far East seas ice extent, Vestn. Dal’nevost. Otd. Ross. Akad. Nauk, 2012, no. 6, pp. 3–12.

Хан В.М., Крыжов В.Н., Вильфанд Р.М. и др. Мультимодельный подход при составлении прогнозов погоды на сезон // Метеорол. и гидрол. — 2011. — № 1. — С. 19–29.

Khan, V.M., Kryzhov, V.N., Vil’fand, R.M., Tishchenko, V.A., and Bundel’, A.Y., Multimodel approach to seasonal prediction, Russ. Meteorol. Hydrol., 2011, vol. 36. no. 1, pp. 11–17.

Четырбоцкий А.Н., Плотников В.В. Ледяной покров Японского моря: анализ данных и моделирование : моногр. — Владивосток : Дальнаука, 2005. — 146 с.

Chetyrbotsky, A.N. and Plotnikov, V.V., Ledyanoi pokrov Yaponskogo morya: analiz dannykh i modelirovanie (Ice Cover in the Sea of Japan: Data Analysis and Modeling), Vladivostok: Dal’nauka, 2005.

Anzhina G.I., Vrazhkin A.N. Long-term forecast of the position of the ice edge in the Far Easten seas // Asia-Pacific Journal of Marine Science&Education. — 2016. ― Vol. 6, № 2. ― Р. 8–21.

Anzhina, G.I. and Vrazhkin, A.N., Long-term forecast of the position of the ice edge in the Far Eastern seas, Asia–Pac. J. Mar. Sci. Educ., 2016, vol. 6, no. 2, pp. 8–21.

Anzhina G.I., Vrazhkin A.N. Long-term forecasting Method of the ice cover in the Okhotsk sea using physical-statistical model // Pacific Oceanography. — 2008. ― Vol. 4, № 1–2.― Р. 45–49.

Anzhina, G.I. and Vrazhkin, A.N., Long-term forecasting method of the ice cover in the Ok¬hotsk sea using physical-statistical model, Pac. Oceanogr., 2008, vol. 4, no. 1–2, pp. 45–49.

Gidrometeorologiya i gidrokhimiya morei. T. 9: Okhotskoye more (Hydrometeorology and Hydrochemistry of Seas, vol. 9: Sea of Okhotsk), St. Petersburg: Gidrometeoizdat, 1998, no. 1.

Gidrometeorologiya i gidrokhimiya morei. T. 10: Beringovo more (Hydrometeorology and Hydrochemistry of Seas, vol. 10: Bering Sea), St. Petersburg: Gidrometeoizdat, 1999, no. 1.

Gidrometeorologiya i gidrokhimiya morei. T. 8: Yaponskoye more (Hydrometeorology and Hydrochemistry of Seas, vol. 8: Sea of Japan), St. Petersburg: Gidrometeoizdat, 2003, no. 1.

Nastavlenie po sluzhbe prognozov. Razdel 3, ch. 3: Sluzhba morskikh gidrologicheskikh prognozov (Instruction on the Forecast Service. Section 3, Part 3. Marine Hydrological Forecast Service), Moscow: Triada, 2011.

Metodicheskie ukazaniya. Provedenie proizvodstvennykh (operativnykh) ispytanii novykh i usovershenstvovannykh metodov gidrometeorologicheskikh i geliogeofizicheskikh prognozov: RD 52.27.284-91: vvod v deistvie s 01.01.92 (Methodical Guidelines. Conducting Operational Tests of New and Improved Methods of Hydrometeorological and Heliogeophysical Forecasts: RD 52.27.284-91: Commissioning from January 01, 1992), St. Petersburg: Gidrometeoizdat, 1991.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.