О проекте "Метеоцентр.Азия"

Наш сайт посвящён разработке технологий оптимизации авиаметеорологического обслуживания, в первую очередь это система автоматизированной подготовки высокодетализированных прогнозов погоды AUTOTAF (включающих важные для авиации метеовеличины, такие как видимость, явления погоды, нижняя и верхняя граница облачности). Подобные технологии используются и совершенствуются в ряде стран мира (Америка, Западная Европа, Юго-Восточная Азия) уже 15-20 лет, а в России движение в этом направлении только начинается.

Современная ситуация в авиационной метеорологии в России

К сожалению, в большинстве аэропортов РФ и СНГ синоптиками в основном используются до сих пор технологии 1980-х годов, тогда как за прошедшие 20 лет метеорология в Америке, Западная Европе, Юго-Восточной Азии ушла далеко вперёд, теперь там авиационные прогнозы основаны на модельных данных (данные расчётов по гидродинамическим моделям атмосферы), а в РФ и СНГ до сих пор основным методом прогноза остаётся ручной синоптический, с примитивной экстраполяцией по кольцовым картам погоды и картам барической топографии.

Ответственность за точность и оправдываемость прогноза несёт инженер-синоптик, разработавший этот прогноз. На Западе при составлении аэродромных прогнозов широко используются данные глобального компьютерного моделирования атмосферы, синоптик лишь вносит небольшие уточнения в эти данные. В России и СНГ аэродромные прогнозы разрабатываются в основном вручную, трудоёмкими методами (анализ синоптических карт, учёт местных аэроклиматических условий), в связи с этим точность и оправдываемость прогнозов ниже, чем на Западе (особенно в сложной, резко меняющейся синоптической обстановке).

Немного подробнее о методах прогнозирования погоды в принципе.

1-й подход (ручной прогноз): Основан на технологиях 1970-1980-х годов. Главное содержание работы синоптика - ручной анализ ФАКТИЧЕСКИХ карт погоды, проведение на них фронтов и т.д. Прогностических карт в распоряжении синоптика мало, и они невысокого качества и точности. Анализируя карты, синоптик делает выводы о будущем, наиболее вероятном ходе развития атмосферных процессов, и на основаннии этих выводов делает прогноз. Работа это кропотливая и трудоёмкая, во многом основанная на личном опыте и интуиции прогнозиста. Точных количественных методик почти нет, многое делается "на глазок". Но при достаточном опыте (как правило, не менее 3 лет), желании и таланте, синоптик даёт достаточно точные прогнозы. Но случаются (не так уж и редко) досадные грубые промахи, "пролёты" прогнозов, особенно при резкой перестройке синоптических процессов. Ручной метод требует огромных затрат времени: на анализ материала и составление качественного прогноза уходит несколько часов кропотливого труда (почти целый рабочий день).

2-й подход (комплексный): Современный подход, широко распространённый в развитых странах. Основу работы синоптика составляют данные моделей и построенные по ним прогностические карты. Квалификация и опыт метеоролога, знание современных методик прогноза погоды играют роль гораздо меньшую, чем при первом подходе.

В самом по себе использовании ручных синоптических методов нет ничего плохого: в ряде случаев советские инженеры-синоптики имели более высокую квалификацию, чем западные (жаль только, что модельными данными у нас пока не очень принято пользоваться - качество прогнозов от этого только бы выиграло). Но "человеческий фактор" (зависимость качества прогноза от квалификации и опыта прогнозиста) имеет свою негативную сторону: у низкоквалифицированных синоптиков и прогнозы получаются низкого качества. Способствует этому и сложившаяся в аэропортах СССР и СНГ практика "воспитания кадров": техники-метеонаблюдатели заканчивают заочно (без отрыва от производства) вузы и со временем становятся синоптиками. И если часть наблюдателей, умных и талантливых, благодаря своему наблюдательному опыту становятся прекрасными синоптиками, то другая часть, с грехом пополам закончив вуз на "тройки", превращается в посредственных синоптиков. В результате этого нередко аэродромные прогнозы в России и СНГ носят перестраховочный характер, то есть синоптик прогнозирует не наиболее вероятные условия погоды, а самые плохие, которые возможны в данной ситуации.

При этом дело доходит до абсурда: даже при устойчивой малооблачной погоде вблизи центра антициклона такие синоптики "прогнозируют" сильные осадки, грозы и т.д. Особенно "любят" синоптики к месту и не к месту включать в прогнозы сильные ливневые осадки с дальностью видимости менее 1000 м; такие осадки, конечно же, бывают в природе, но в десятки и сотни раз реже, чем это можно представить, просматривая прогнозы по аэродромам, особеннно Московской воздушной зоны (а там сильные осадки фигурируют в TAFах - прогнозах погоды по аэродрому - чуть ли не ежедневно): например, во Внуково в среднем за год фактически наблюдается лишь 11 ливневых дождей с видимостью менее 1000 м (из них 2 случая с видимостью менее 500 м) и 12 случаев ливневого снега с видимостью менее 1000 м (из них 4 случая с видимостью менее 500 м).

Между реальной погодой и тем, что написано в прогнозе TAF по российскому аэропорту, зачастую лежит огромная пропасть. Фактически весь день наблюдаются условия CAVOK или разбросанная облачность на высоте 1200 м, а в прогнозе временами "конец света" на весь день (зимой туман с видимостью 500 м или метель 800 м, летом гроза с дождём и видимость 1000-1500 м, осенью и весной снег с дождём видимость 800-1000 м). Даже в центре антициклона часто при фактической ВНГО 1000-1500 м в прогнозе часто стоит ВНГО 500-600 м (в 2-3 раза ниже факта).

Какой же выход? Использование объективных автоматизированных компьютерных методов прогноза (по вышеупомянутым гидродинамическим моделям). Даже имеющиеся в открытом доступе модели (американская GFS, канадская CMC) дают возможность делать неплохой прогноз с дискретностью по горизонтали порядка 50 км. Не говоря уж о том, что в Росгидромете есть другие модели с разрешением от 8 до 20 км - но они пока всерьёз не используют ни их, ни общедоступные модели.

Автоматизированные прогнозы AUTOTAF

AUTOTAF - разработанная нами система разработки детализированного автоматизированного прогноза по географической точке (населённый пункт, аэродром и т.д.). Сначала рассчитывается по вертикальным профилям Т, точки росы (с учётом упорядоченных вертикальных движений) количество облаков, нижняя и верхняя граница каждого облачного слоя (кроме облаков верхнего яруса, т.к. они для авиации малозначимы), прогнозируются явления погоды, видимость в них, уточняется скорость ветра, рассчитываются конвективные облака и осадки.

Вся эта система - как бы эмуляция труда опытного синоптика. Особенно актуально это потому, что старые опытные специалисты уходят на пенсию, а молодежь (особенно с учётом невысокой зарплаты) порой работает недобросовестно. Бывает, что синоптики АМСГ России прогнозы пишут не только вообще без учёта модельных данных, но и с невнимательным анализом традиционных синоптических карт фактической погоды.

Технология находится в стадии развития, качество прогноза постепенно повышается. Самые проблемные вопросы пока - надёжный прогноз туманов и низкой облачности, но ведь и у синоптиков в аэропортах эти элементы прогнозируются не очень хорошо (имеется большой процент, мягко говоря, ложных тревог).

Главное преимущество данной технологии - возможность быстрого (за несколько секунд) построения прогноза по любой точке планеты, без необходимости использовать труд синоптика и многочасовой ручной анализ карт погоды.

В ближней перспективе вполне возможно строить не только прогнозы AUTOTAF, но также автоматически выпускать прогнозы по маршрутам полётов, с учётом координат заданных маршрутных точек и планируемой скорости полёта.

Тоже самое касается и генерации карт прогноза облачности и явлений погоды для нижних уровней атмосферы, при этом можно (и нужно) обеспечить дискретизацию по горизонтали порядка 50-100 км. Сейчас такие карты, например, для европейской части России делаются вручную синоптиками ГАМЦ Росгидромета, при этом дискретизация по горизонтали зон облачности и явлений очень низкая, порядка 200-400 км (с учётом скоростей полёта малой авиации это от 1 до 3 часов полёта), что делает эти карты малополезными (пилоты в основном пользуются текстовыми площадными прогнозами, хотя и те далеки от совершенства и тоже часто носят перестраховочный характер).

Конечно, рассматриваемая технология лучше всего работает в равнинной местности над материком. В других случаях, при наличии местных погодообразующих факторов (например, в холмистой и горной местности, на берегах морей, и т.д.) в качестве сырья для прогноза лучше было бы использовать не вышеупомянутые глобальные модели, а сгенерированный на их основе прогноз метеополей по мезомасштабным моделям (типа WRF) c горизонтальным разрешением порядка 10-20 км. В перспективе хотим заняться и этим.

В перспективе планируется также сделать автокоррекцию прогноза по данным фактических сводок METAR (как это делает реальный синоптик, при необходимости выпуская коррективы к прогнозам), а также автоматический подсчёт оправдываемости прогнозов по аэропортам в режиме реального времени (и наших экспериментальных AUTOTAFов, и реальных TAFов, официально выпускаемых сетью АМСГ и АМЦ).

В результате должна получиться автоматизированная технология фонового авиапрогноза по всей стране. Эти данные могут стать основой для работы синоптиков, но вносить ручные правки в прогноз он должен будет только при полной уверенности в своей правоте. На Западе давно так работают, синоптик там редко вмешивается в прогноз.

Хотим мы того или нет, а ручное прогнозирование уходит в прошлое. Уже сейчас если не во всех, то во многих случаях модельный прогноз надёжнее ручного. Надо лишь довести до приемлемого качества прогноз тех величин, которые не прогнозируются моделями непосредственно, а должны быть рассчитаны по косвенным методикам (явления погоды, видимость, ВНГО).

Ещё один перспективный аспект: централизация прогнозов погоды (и это тоже общемировая тендеция). При внедрении системы автопрогноза можно будет в узловых АМЦ выдавать TAFы сразу по всем аэропортам обслуживаемой территории, а низовые синоптики на АМСГ будут в основном консультировать экипажи, лишь иногда (в исключительных случаях) корректируя прогнозы.

Данные всех моделей, которые используются на сайте, берутся из интернета. Они свободно доступны на соответствующих серверах. Наилучшие результаты даёт комплексный (ансамблевый) прогноз сразу по двум моделям (GFS и CMC), который мы условно называем GCC. При этом нивелируются как случайные ошибки прогноза метеовеличин, так и систематические (у каждой модели есть особенности, например GFS несколько занижает точку росы и завышает температуру воздуха, а CMC завышает точку росы и занижает температуру). В принципе, на вход нашей системе можно подавать и другие модели (желательно, чтобы разрешение по широте и долготе было не более 0.5 градуса) - UKMO, ECMWF, но их в открытом доступе нет.

Подчеркнём, что все прогнозы на нашем сайте - это экспериментальная продукция, не предназначенная для использования в реальных полётах. Наша цель состоит в том, чтобы подобная система была официально внедрена в России (организациями, имеющими лицензию на деятельность в сфере гидрометеорологии) - это сделает авиапрогнозы гораздо более качественными, удовлетворит потребности авиационных потребителей и сделает труд синоптиков более современным и высокотехнологичным.

В проекте новых Федеральных авиационных правил по метеорологическому обеспечению полётов гражданской авиации вводится институт "провайдеров метеорологической информации". В отличие от "аэродромных метеорологических органов" (которые в 99% случаев принадлежат Росгидромету) это будут независимые метеоподразделения (в составе авиакомпаний или вообще отдельные юридические лица). Они будут предоставлять экипажам метеоинформацию, и в принципе (если будет желание и востребованность) смогут выпускать свои (альтернативные) прогнозы по аэродромам и районам полётов. Решатся ли они на это - другой вопрос. Проще ведь выдавать готовую информацию, чем брать на себя ответственность и создавать свою. Если у каких-то компаний возникнет желание самостоятельно выпускать независимые авиационные прогнозы, может быть использована наша технология.

Оценка оправдываемости прогнозов TAF в России

Автоматизированной оценкой (верификацией) качества прогнозов TAF в России занимается Центр верификации авиаметеорологических прогнозов (ЦВАМП) ФГБУ «Авиаметтелеком Росгидромета», для этого применяется программное обеспечение, разработанное ЗАО «ИРАМ» на основе ведомственной методики (Инструкция по оценке авиационных прогнозов погоды от 16.06.1998 г.).

Основные особенности этой методики таковы:
1. Установлены единые для всех аэродромов пороговые критерии по высоте нижней границы облаков и видимости 200х2000 м (условно сложные метеорологические условия), ниже которых осуществляется оценка прогнозов. Прогнозы оцениваются только в тех случаях, когда прогнозируются и наблюдаются условия ниже 200х2000 м; в остальных случаях (погода выше 200х2000 м) считается, что прогноз оправдался на 100%.
2. Процент оправдываемости, рассчитываемый в ЦВАМП, завышен по сравнению с требованиями к желаемой точности ИКАО (Приложение 3, Дополнение В), т.к. 50% случаев принимается за 100%, тогда как необходимо принимать за 100% общее количество случаев (наблюдений).
3. Не оценивается группа TEMPO ("временами").

Западная методика верификации TAF Met Alliance (Австрия, Бельгия, Германия, Ирландия, Голландия и Швейцария), США, Канада, Гонконг заключается в выполнении современных рекомендаций ВМО (2010 г.):
1. Использование Web-технологий (оценка в режиме реального времени).
2. Методики верификации основаны на предлагаемой ВМО схеме оценки, размещенной на сайте ВМО, рассчитываются многопараметровые целевые показатели точности прогнозов.
3. Набор данных для статистических таблиц и оценка прогнозов осуществляется по установленным оперативно-значимым критериям (т.е. общим критериям ИКАО для выпуска коррективов к TAF и SPECI).
4. Оценивается группа ТЕМРО.

Большим недостатком методики оценки TAF, применяемой в РФ, является то, что группа ТЕМРО если и оценивается, то как альтернативная, не учитывая условия использования данного указателя (временные изменения должны быть в каждом случае менее 1 часа, и в целом менее половины периода прогнозируемых изменений). Тогда как поправка (от 22 ноября 2010 г. N 263) в ФАП "Подготовка и выполнение полетов в гражданской авиации Российской Федерации" (приказ от 31 июля 2009 г. № 128) устанавливает правила (ETOPS) выбора аэродромов для посадки с учетом временных изменений погодных условий.

Примеры "лукавой" оценки прогнозов TAF в России (перечисленные случаи носят массовый повседневный характер):
1. Например, в TAF 03-12 ч основной прогноз был вид. 5000 м, ВНГО 300 м, временами 03-12 ч вид 0500 м туман верт. вид. 30 м. Если по факту весь срок 03-12 ч было не хуже 2000х200 м, прогноз оценивается как 100%. Несмотря на то, что был указан временами туман и малой авиации (по правилам визуального пилотирования) летать нельзя.
2. Если, например, с 03 до 06 ч был по факту непрерывный туман с вид. 0500 м, а с 06 до 12 ч условия лучше чем 2000х200 м, прогноз опять-таки оправдается на 100%, т.к. в группе ТЕМРО туман предусмотрен, и не учитывается то, что не соблюдено условие "не менее 1 часа непрерывно и в целом не менее 1/2 периода").
3. Для визуального захода на посадку у многих аэродромов минимум составляет в пределах от 300х3000 м до 600х5000 м, и он не учитывается ни в ЦВАМП (которые считают оправдываемость по минимуму не ниже 200х2000 м), ни на АМСГ (где обычно при оценке прогноза учитывают основной рабочий минимум аэродрома типа 60х800 м). То есть всю зиму синоптики могут давать в прогнозе 300х3000 м и все прогнозы оправдаются на 100%, не взирая на то, что полёты малой авиации фактически будут сорваны.

Такой подход органов Росгидромета к выпуску прогнозов TAF (перестраховочная практика выпуска прогнозов и лукавая система их оценки) приводит к тому, что номинально прогнозы имеют очень высокую оправдываемость (90-95%), и в то же время пилоты (особенно в малой частной авиации) очень недовольны качеством этих прогнозов, т.к. они в слабой степени соответствуют реально наблюдаемой фактической погоде (чего нет на Западе, где авиапрогнозы имеют высокую опрадываемость по "честной" методике, а не по лукавой). Это стало причиной того, что большинство частных пилотов в России (особенно те из них, кто летает в неконтролируемом воздушном пространстве класса G) отказываются от использования прогнозов Росгидромета и летают вообще без метеообеспечения.

Мы планируем в перспективе создать на нашем сайте систему онлайн-оценки (верификации) прогнозов TAF (причём в качестве порогового критерия использовать метеоусловия 600х5000 м, а не 200х2000 м) и проверять в режиме реального времени как прогнозы, выпущенные синоптиками АМСГ и АМЦ Росгидромета, так и наши прогнозы AUTOTAF.

С уважением, Владимир (Corvus).

Есть вопросы и пожелания? Пишите нам.

На главную страницу