ОТЗЫВ ВЕДУЩЕЙ ОРГАНИЗАЦИИ (Влияние данных измерений содаров и температурных профилемеров на качество численного прогноза характеристик атмосферного пограничнго слоя)

«УТВЕРЖДАЮ» ДщикторЗ'НЦ. РФ ФГБУ«Арктическими и ,,~антарктический'йвучно-исследователь«ский /' 'институт» проф., д, р 2 дзедабря 2014 г. ОТЗЫВ ведущей организации на диссертационную работу Смирновой Марии Михайловны «Влияние данных измерений содаров и температурных профилемеров на качество численного прогноза характеристик атмосферного пограничного слоя», представленную на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 25.00.29 Физика атмосферы и гидросферы. Улучшение качества описания атмосферного пограничного слоя в численных моделях прогноза погоды с привлечением данных новых средств измерений является безусловно важной задачей. Измерения температуры воздуха и скорости ветра, выполняемые с помощью содаров и температурных проф илемеров в нижнем километровом слое атмосферы поставляют уникальную по своей полноте информацию о состоянии атмосферного пограничного слоя, использование которой для прогнозов до сих пор не получило широкого применения.

В связи с этим решаемая в диссертации задача является безусловно актуальной. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 86 наименований. Общий объем диссертации составляет 11б страниц. Первая глава диссертации посвящена обзору методов измерений параметров и характеристик пограничного слоя, выполняемым как в процессе стандартных метеорологических и аэрологических наблюдений, так и с помощью приборов и установок, расположенных на высотных мачтах и/или использующих методы дистанционного зондирования (содары для измерения скорости ветра и профилометры для измерения температуры воздуха). В этой же главе описываются и классифицируются методы параметризации атмосферного пограничного слоя в современных численных моделях прогноза погоды и дается краткая информация о подходах к совместному использованию данных наблюдений и моделей.

Содержание этой главы характеризует компетенцию диссертанта. В тоже время ее содержание является основанием для исследований, описанных в последующих главах, в том числе по проблеме усвоения данных. Вторая глава посвящена оценке рассчитываемых моделью ЖКХ-АК% метеорологических величин в сравнении с данными измерений профилей температуры и скорости и направления ветра на различных высотах в пограничном слое атмосферы, выполненных с помощью содаров и профилемеров. На основе серии расчетов и их сравнения с данными измерений проиллюстрирована роль различных параметризаций пограничного слоя атмосферы в региональной модели прогноза (%Кг).

Выполненное сравнение результатов позволило автору диссертации доказательно остановиться на параметризации пограничного слоя Меллора — Ямады — Янича. Несмотря на высокий уровень полученных в этой главе результатов, следует отметить„что приведенные в качестве подтверждения пригодности модели для прогноза погоды среднемесячные ошибки прогнозируемых температуры и скорости ветра, осредненные по высоте до бОО метров, вряд ли являются достаточно убедительными.

Также, вероятно, следовало бы привести сравнение с результатами стандартных методов прогноза предсказуемости моделью типа стратификаций в нижнем слое атмосферы (69'?'о). Насколько этот результат лучше, чем у других прогностических моделей. Третья и четвертая главы диссертации, являющиеся основными главами диссертации посвящены исследованию возможности усвоения данных стандартных метеорологических измерений (глава 3) и данных профилемера МТП-5 и содара Латая (глава 4) в блоке пограничного слоя модели %КГ-АКЖ. Усвоение данных осуществлялось в работе с помощью системы ЖКг ПА, реализующей алгоритм трехмерного вариационного анализа. М,М. Смирнова показала, что вполне возможны ситуации заметного улучшения воспроизведения приземной температуры при усвоении достаточных объемов информации в пограничном слое атмосферы.

В третьей главе показана эффективность усвоения данных стандартных метеорологических наблюдений в северных районах (в Мурманской области) в зимний период, когда часто наблюдается устойчивая стратификация нижнего слоя атмосферы„ описание которой вызывает наибольшие сложности. Безусловно, важным результатом является и выполненный автором прогноз поля ветра в районе г. Фукусима (Япония) в период аварии на расположенной там атомной станции.

Использование системы усвоения данных позволило значительно улучшить его прогноз в период выбросов радиоактивных веществ в момент аварии и, таким образом, получить с помощью модели переноса примесей их распространение по территории, подверженной радиоактивного загрязнения.

С точки зрения климатических исследований, при которых в качестве данных часто используются данные реанализа ЯСЕР/ЯСАК представляет подраздел 3.4 1табл.3.1). Как видно из таблицы, систематические ошибки данных реанализа по температуре воздуха существенно превышают ошибки, возникающие при использовании системы усвоения данных, особенно для зимнего сезона и северных районов. В зимние месяцы систематические ошибки реанализа, как показано в работе, могут достигать более 1.5 . В о целом выполненный в рассматриваемой главе анализ позволил сделать заключение, что использование адаптированной автором к европейской территории России системы усвоения данных при подготовке начальных условий для прогноза существенно улучшает его результаты, особенно краткосрочных прогнозов заблаговременностью 10 — 12 часов для небольших областей.

В 4 главе приведены оценки значимости усвоения данных профилемера и содара для улучшения качества регионального прогноза погоды. Показано, что имеющееся малое, даже для ограниченного района Московской области, количество приборов может дать небольшое улучшение качества прогноза заблаговременностью до 24 часов, но только для локальных районов. Оригинальный численный эксперимент с использованием модели Берковича позволил сделать вывод о том, что увеличение количества усваиваемых профилей эффективно только при небольшой заблаговременности прогноза. К сожалению чересчур краткое описание самого эксперимента и его результатов затрудняет в данном случае судить о качестве полученных выводов.

Можно только предложить диссертанту продолжить такого рода исследования с целью раззработки рекомендаций по возможному размещению содаров и профилемеров на территориях, для которых необходимы прогнозы с максимальным пространственно — временном разрешением. Например, в районах добычи углеводородов на шельфе арктических морей. Последняя, пятая глава диссертации посвящена прогнозу такого опасного явления как порывы ветра. В этой главе М.М. Смирновой предложен новый, так называемый «гибридный», метод прогноза порывов ветра„основанный на комбинации подходов, разработанных ранее, но с добавлением анализа степени и типа устойчивости атмосферы и вероятно) о генезиса появления порывов ветра в приземном слое атмосферы. Предложенный автором метод дает значительно лучшие результаты по сравнению с использовавшимися ранее методами. К сожалению, в этой главе, содержание которой не слишком связано с основной темой диссертации, содержится максимальное количество недостатков, в основном редакционного характера„ тем не менее затрудняющих некоторые из представленных в ней выводов.

Особенно это касается приведенных в этой главе таблиц, в которых не приведена размерность приведенных величин (табл.5.1, табл.5.2). Таблица 5.3, которая должна была бы проиллюстрировать эффективность предложенного автором метода, представляет оценки прогноза порывов ветра, полученные по разным методикам, но для разных периодов времени, что не позволяет судить о преимуществе той или иной методики. В тексте имеются ссылки на таблицы 5.4а, б и так далее, однако в самой таблице буквенные обозначения отсутствуют. И, наконец, таблица 5.1 просто не выдерживает критики.

В заключении диссертации сформулированы основные выводы исследования. Они потверждают научную новизну исследования, его практическую значимость, глубину анализа полученных результатов, высокий уровень подготовки автора. Практически значимыми результатами диссертации являются: - внедренная система усвоения данных всех доступных метеорологических станций европейской части России для задания начальных условий региональной численной модели прогноза погоды; - разработанная автором система контроля характеристик рассчитанных по модели вертикальных профилей температуры и ветра (градиентов, типов стратификации, приземных и приподнятых инверсий, поворота ветра с высотой) по измерениям в атмосферном пограничном слое, выполненным микроволновыми температурными профилемерами и содарами; - оценки чувствительности прогнозов модели %КР-АКЖ к усвоению данных измерений в атмосферном пограничном слое, показавшие, что усвоение данных позволяет статистически значимо уменьшить ошибки прогноза приземной температуры и влажности воздуха с заблаговременностью до 24 часов на Европейской территории России; новый гибридный метод расчета порывов ветра на основе анализа типа неустойчивости атмосферы, который может использоваться при прогнозе опасных метеорологических явлений.