A GFS ensemble előrejelzésének vizsgálata I.


Adatok forrása: Wetterzentrale bélyegdiagramjai (11 darab futás egy képen)

A mentett adatok: 2006.12.17 – 2007.01.22
Az egyszerűbb feldolgozhatóság, és a letöltési lehetőségek miatt minden nap a 12 UTC-s futáshoz tartozó ensemblét mentettem le.

A vizsgálat időtartama:
Egy ensemble előrejelzés 16 napig szól, tehát azok beválását 01.02-01.22-ig lehetett vizsgálni.
Ez 3 hetet(21 nap) jelent.
Az adatgyűjtés azóta folyamatosan tart.

A vizsgálat helye: Egy Magyarország szempontjából reprezentatív pontot választottam Budapest közelében.
A vizsgált változók: Az 500 hPa szint magassága(mértékegység: gpdm), illetve a 850 hPa szint hőmérséklete(Celsius)

Az ellenőrző adatok: Az egy napos előrejelzések ensemble átlagát vettem a helyes értéknek, ami elég pontosan közelíti a ténylegesen mértet.
Hiba: Az előrejelzett és az ellenőrző értékek különbsége.

Tehát egy előrejelzési időpontra nézve minden egyes taghoz(11) minden előrejelzési időtávra(16) tartozik egy előrejelzett érték.


I. H500 vizsgálata

1. Van-e összefüggés az ensemble szórása és az előrejelzés hibája között?

A szórás definíciója: Ez egy adott ensemble előrejelzéshez tartozik, az egyes tagok milyen mértékben térnek el az átlagtól, mennyire szóródnak. Az ensemble által előrejelzett értéknek a 11 tag átlagát vettem. A hibát csak akkor lehet kiszámolni, ha letelt az előrejelzési időtáv, ezért jó lenne, ha a szórásból már lehetne következtetni a várható hibaintervallumra.

Az eredmények:


Ezzel szemben sajnos az az eredmény adódott, hogy csak kis szórás esetén(kisebb, mint 4 gpdm) lehet a várható hibából érdemi következtetést levonni: ekkor az abszolút hiba jó eséllyel 5 gpdm-en belül van. Kb. 4 gpdm szórás felett gyakorlatilag plusz-mínusz 30 gpdm között változhat a hiba. A „kívánt”, körülbelül 3-4 gpdm-es szórást legjobb esetben egy 8 napos, legrosszabb esetben csak egy 2 napos előrejelzés tudta teljesíteni:



2. A hibák vizsgálata


2007.01.02

Ez az ábra a fáklyával ellentétben egy, már megtörtént előrejelzési időpontra vonatkozik, több futásnak az előrejelzését összesíti. Az x tengelyen az előrejelzés időtávja szerepel 16 naptól 1 napig.
A zöld görbék az egyes tagok, a fehér az ensemble átlag, a piros vonal pedig a tényleges érték. Látható, ahogy a zöld görbék egyre jobban megközelítik a piros vonalat, miközben a szórásuk csökken.

Egyes esetekben tendencia-szerű jelenség fedezhető fel:


2007.01.10

Pl: 7 nappal az időpont előtt, az attól jobbra fekvő rész még nem ismert. A fehér vonal képzeletbeli meghosszabbításával, mintha az egyenes lenne, a vonal jól láthatóan közeledik a helyes érték felé. Ezzel kapcsolatban 2 probléma merül fel: nem minden esetben alkalmazható(a vizsgált 21 napból 15-ször fordult elő ilyen jelenség), illetve ahogy az ábrán is látható, a trend 4-6 nappal az előrejelzési időpont előtt megtörik, ezután a meredeksége közel 0 lesz. Ennek a bizonytalanságából származó hiba 5 gdpm felett is lehet.


II. T850 vizsgálata

Az 850-es hőmérsékletadatok ugyanazzal a módszerrel lettek generálva, mint az 500-as magasságok.
1. A szórás és az abszolút hiba összefüggése:


A 850 hPa-os hőmérséklet esetében nem olyan egyértelmű az ugrás, de 0,5 - 1,5°C szórás között gyorsan növekszik a lehetséges hiba nagysága. Ha az 1°C-t vesszük a szórás határának, akkor ezt az 500 hPa magasságához hasonlóan a 2-7 napos előrejelzések tudják elérni:


2. Hibák vizsgálata

Tendencia a 21 esetből 12-ben volt megfigyelhető.
Egy ellenpélda(jan.16):


A fáklya egészen 5 napig 0-2 fokot jelzett előre, de végül 6 fok lett a mért érték.

III. Összegzés

Az eddigi eredmények alapján az előrejelzési időtartam 3 részre osztható.
1. 10-16 nap: Következtetés nem vonható le belőle, de a helyes érték nagy valószínűséggel a tagok által meghatározott tartományban lesz(az egyetlen kivételt jan.10-e képviselte)
2. 5-10 nap: Egyes esetekben(60-70%) tendenciák már leolvashatók a görbékből.
3. 1-5 nap:
H500: A szórás viszonylag kicsi, és ezzel együtt a hiba is lecsökkent, nagy valószínűséggel 5 gpdm alatt van(kivétel: 3 eset a 21-ből).
T850: A szórás általában 2°C fok alatt van, illetve a hiba 3°C alatt. A bizonytalanság itt nagyobb.

Megjegyzések:
- A tendenciák meghatározása nagyrészt szubjektív.
- A vizsgálat az összes napra szóló előrejelzést azonos feltételekkel vettem figyelembe, az eltérő időjárási helyzetekből adódó eltérő prognosztizálhatóságot nem. Lehetne külön csoportokra bontani a vizsgált napokat, amelyeken belül a hibák jellemzően kisebbek-nagyobbak lennének.
- A futások 6 óránkénti lementésével valószínűleg részletesebb képet lehetne kapni az előrejelzésekről.
- Ezeket a következtetéseket mint amatőr meteorológus vontam le, egyszerű statisztikai módszereket segítségével.
- Az adatgyűjtés még folyamatban van, nagyobb adatmennyiséggel biztosabb következtetések vonhatók le, illetve jobb valószínűségi értékek határozhatóak meg.

(C) GBOND
2007. február