Как мы догоним США в прогнозировании стока

Всем привет!

Да, это не пост-вопрос, а план действий.

Тут такие новости: огромный консорциум из университетов, академических институтов и коммерческих компаний создал в США новую национальную систему прогнозирования речного стока. Система охватывает 2.7 миллиона (!) участков рек, для каждого из которых возможно получение прогноза расхода и уровня воды с заблаговременностью  до двух недель. Почитать о том, как все это задумывалось и реализовывалось можно в первых трех (из пяти) небольших научно-популярных статьях Дэвида Арктура и соавторов серии “Standards dramatically advance streamflow and flood forecasting in US and elsewhere”

  1. Как все начиналось, общие черты работы над проектом.
  2. Стек идей, исследователей и технологий для прогнозирования, использованный на национальном уровне в США.
  3. Как можно адаптировать разработанную технологию для других стран и какие попытки в данном направлении уже сделаны гидрологами некоторых стран.

Пока система находится в бета-тестировании, но вы можете полюбоваться на старую версию, которая предоставляет прогнозы для жалких 7801 створа.

Принципиальная схема работы построенной системы прогнозирования такая:

Рисунок из второй статьи серии Дэвида Арктура и соавторов

  • У нас есть прогнозный продукт осадков на две недели вперед (на самом деле, осадками там все не ограничивается, в NOAH-MP в качестве форсингов используется 8 элементов);
  • Мы этот прогнозный продукт подаем на вход LSM-модели NOAH-MP, которая рассчитывает нам слой стока поверхностной/почвенной/подземной емкостей для регулярной сетки с трехчасовым шагом;
  • Дальше мы осредняем полученные слои стока для наших элементарных водосборов (продукт NHDPLUS) и с помощью сложной схемы добегания (RAPID) трансформируем слои стока в расход воды для всех 2,7 миллиона наших участков.

Такая простая, на первый взгляд, схема. Первопроходцами быть, конечно, очень тяжело – сталкиваешься с безумным количеством трудностей и неприятностей, зато последователям твоих идей уже попроще и, если выбранный путь верный, – через несколько лет тропинка разрастется в целое направление и научную школу. Американцы молодцы, все правильно сделали – долго и планомерно работали, смогли найти возможности для сотрудничества, и сделали, наконец, финальный рывок. Дальше будет проще – стек моделей будет расти и интенсивно (лучшие параметризации, калибровка параметров), и экстенсивно (отдельные блоки гидравлических моделей для водохранилищ и городов, например). Стоит пожелать им удачи в дальнейших исследованиях.

В чем же хорошие новости для нас? В основе американской системы прогнозов стока лежит не гидрологическая, а LSM-модель NOAH-MP – т.е. победило понимание того, что правильный расчет суммарного слоя стока намного важнее разработки сложных схем добегания и дополнительных емкостей, регулирующих межгодовые невязки. К счастью, в нашей лаборатории физики почвенных вод Института водных проблем РАН, моими коллегами Евгением Михайловичем Гусевым и Ольгой Николаевной Насоновой была разработана LSM-модель SWAP, которая по многим параметрам показывает результаты, сравнимые с  результатами американской модели NOAH-MP, о чем свидетельствуют самые свежие данные проекта по межмодельному сравнению ALMIP (статья находится в печати).

Модель SWAP реализована на расчетных сетках 0,5*0,5 и 1,0*1,0 градус, с трехчасовым и суточным шагом, а также имеет простейшую схему добегания, что позволяет применять ее для расчета речного стока для водосборов разных масштабов – от нескольких десятков до миллионов квадратных километров.

sev_9_for_ON_grey

Немного арктических водосборов, для расчета речного стока с которых применялась модель SWAP

Таким образом, чтобы построить систему прогнозирования речного стока для всей территории России на основе использования модели SWAP нужно сделать не так уж и много:

  • На основе современных данных ДЗЗ подготовить продукт, сопоставимый по качеству с NHDPLUS (хотя на первых порах можно просто взять HYDROSHEDS или HYDRO1K);
  • Разработать хороший национальный продукт прогноза погоды (опять же, на первых порах можно использовать открытый зарубежный GFS или попросить Гидрометцентр делиться прогнозами ECMWF);

Про деньги я даже и не говорю – их требуется совсем немного. Думаю, что половины от годовой суммы Мегагранта Министерства образования и науки вполне хватило бы на 2 плотных года работы команды, после которых национальная система прогнозирования речного стока была бы запущена для бета-тестирования.

К тому же, не стоит упускать из виду и планы Правительства по реструктуризации научных организаций – создание большого национального проекта под крылом Института водных проблем РАН, на мой взгляд, было бы хорошим козырем при возможных будущих преобразованиях.

Advertisements

One thought on “Как мы догоним США в прогнозировании стока

  1. Pingback: Почему мы никогда не догоним США в прогнозировании стока | Georgy Ayzel procrastination history

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s