Кіріспе

Тропикалық циклонды болжау моделі – метеорологиялық деректерді пайдаланып, тропикалық циклонның болашақ күйін болжауға арналған компьютерлік бағдарлама. Модельдердің үш түрі бар: статистикалық, динамикалық немесе біріктірілген статистикалық-динамикалық. 1972 жылдан бері тропикалық циклонның қозғалысын болжауға көмектесу үшін Климатология және тұрақтылық (CLIPER) статистикалық моделі қолданылып келеді. Динамикалық болжамдардың жетілдірілу дәуірінде CLIPER енді модельдің және болжаушының шеберлігін көрсету үшін базалық деңгей ретінде қолданылады. Тропикалық циклон қарқындылығын статистикалық болжау (SHIFOR) 1979 жылдан бері қолданылып келеді. Ол болашақ қарқындылықты болжау үшін климаттық деректерді және тұрақтылықты пайдаланады, соның ішінде ағымдағы Юлиан күні, циклонның қазіргі қарқындылығы, циклонның 12 сағат бұрынғы қарқындылығы, дауылдың бастапқы ені мен бойы, сондай-ақ оның аймақтық (шығыс-батыс) және меридионалды (солтүстік-оңтүстік) қозғалыс компоненттерін ескереді. Тропикалық циклонның қозғалысын болжау саласында, есептеу қуатының артуына байланысты динамикалық модельдердің жақсаруына қарамастан, сандық ауа райы болжамы 1980-ші жылдарда ғана тиімді нәтижелер көрсетті, ал 1990-шы жылдарда статистикалық немесе қарапайым динамикалық модельдерден тұрақты түрде озып кетті. 1994 жылы Солтүстік-Батыс Тынық мұхитында тайфунды болжау үшін SHIFOR-дың бір нұсқасы құрылды, ол Статистикалық тайфун қарқындылығын болжау (STIFOR) деп аталды. Ол сол аймақтың 1971–1990 жылдардағы деректерін пайдаланып, болашаққа 72 сағатқа дейінгі қарқындылықты болжады. Қарқындылықты болжау үшін Статистикалық дауыл қарқындылығын болжау схемасы (SHIPS) Глобалдық болжау жүйесінен (GFS) алынған қоршаған ортаның жағдайлары арасындағы байланыстарды, мысалы, тік желдің жылдамдығын өзгеруін және теңіз бетінің температурасын, климаттық деректерді және тұрақтылықты (дауылдың мінез-құлқы) көп регрессиялық әдістер арқылы пайдаланады. Солтүстік Атлант және Солтүстік-Шығыс Тынық мұхиттарындағы жүйелер үшін қарқындылықты болжау үшін. Ішкі ыдырау компоненті бар SHIPS нұсқасы Ыдырау SHIPS (DSHIPS) деп аталады. Логистикалық өсу теңдеуі моделі (LGEM) SHIPS-пен бірдей деректерді пайдаланады, бірақ жеңілдетілген динамикалық болжау жүйесінде қолданылады. Ұлттық дауылдар орталығы мен Бірлескен тайфун ескерту орталығында пайдалану үшін статистикалық параметрлік жел радиустары моделі әзірленді, ол климаттық деректерді және тұрақтылықты пайдаланып, жел құрылымын болашақта бес күнге дейін болжайды. 1970 жылы енгізілген және 1989 жылға дейін Ұлттық дауылдар орталығының операциялық бағытын басқарудың бір бөлігі ретінде қолданылған. Ол атмосфералық динамикалық теңдеулердің қарапайым жиынтығына (эквивалентті баротроптық формулаға баламалы) және терең қабатты желдің орташа мәніне негізделген. 1972 жылы АҚШ-тың континенттік шельфінде дауыл толқынын болжау үшін алғашқы модель жасалды, ол Дауылдардан туындаған толқындардың амплитудасын тізімдеудің арнайы бағдарламасы (SPLASH) деп аталды. 1978 жылы атмосфералық динамикаға негізделген алғашқы толық физикалық дауылдарды бақылау моделі – жылжымалы ұсақ тор (MFM) моделі – жұмыс істей бастады. Квази-Лагранж шектелген аймақ (QLM) моделі – шекаралық жағдайлар үшін Картезиандық торды және Глобалдық болжау жүйесін (GFS) пайдаланатын көп деңгейлі бастапқы теңдеу моделі. Геофизикалық сұйықтық динамикасы зертханасының (GFDL) дауыл моделі 1973 жылдан 1980-ші жылдардың ортасына дейін зерттеу мақсатында қолданылды. Ол дауылды болжауда тиімді екені анықталғаннан кейін, бірнеше жылдық ауысу зерттеу моделін 1995 жылы Ұлттық ауа райы қызметінің бағытты және қарқындылықты болжау үшін пайдалана алатын операциялық модельге айналдырды. 1985 жылы Мексика шығанағы және АҚШ-тың Шығыс жағалауы маңындағы аймақтарда пайдалану үшін Теңіз, көл және құрлықтағы дауылдар (SLOSH) моделі жасалды, ол SPLASH моделінен гөрі берік болды. Бета-адвекция моделі (BAM) 1987 жылдан бері операциялық түрде қолданылып келеді, ол 850 hPa-дан 200 hPa-ға дейінгі қабаттағы бағыт беретін желдерді орташалайды және тропикалық циклонның кориолис әсерінің айырмашылығына байланысты дауылдың солтүстік-батысқа қарай қозғалуына себеп болатын Бета әсерін пайдаланады. Циклонның көлемі неғұрлым үлкен болса, Бета әсерінің ықпалы соғұрлым күшті болады. 1990 жылдан бастап BAM-ның үш нұсқасы операциялық түрде қолданылды: 850 hPa-дан 700 hPa-ға дейінгі қабаттағы орташа желдермен BAM-ның (BAMS) жағалауы, 850 hPa-дан 400 hPa-ға дейінгі қабаттағы орташа желдерді пайдаланатын BAM Medium (BAMM) және 1990 жылға дейінгі BAM-мен бірдей BAM Deep (BAMD). Модельдердің болжамдары арасындағы үлкен айырмашылықтар атмосферадағы желдің жылдамдығын өзгеруін де көрсетуі мүмкін, бұл қарқындылық болжамына әсер етуі мүмкін. Ол 1992 жылы операциялық түрде Шекаралық аймақтың синус түрлендіру баротроптық (LBAR) моделі ретінде енгізілді, ол шекаралық жағдайлар үшін GFS-ті пайдаланды. Жапонияның метеорологиялық агенттігі (JMA) 1994 жылы өзінің Тайфун моделін (TYM) әзірледі, ал 1998 жылы агент өзінің динамикалық дауыл толқыны моделін пайдалана бастады. Дауылды зерттеу және болжау (HWRF) моделі – ауа райын зерттеу және болжау (WRF) моделінің мамандандырылған нұсқасы және тропикалық циклонның қозғалысын және қарқындылығын болжау үшін қолданылады. Модельді Ұлттық мұхиттық және атмосфералық басқармасы (NOAA), АҚШ-тың Теңіз зерттеу зертханасы, Род-Айленд университеті және Флорида штатының университеті әзірледі. Ол 2007 жылы операциялық режимде жұмыс істей бастады. Қозғалысты болжаудағы жақсаруларға қарамастан, сандық ауа райы болжамына негізделген тропикалық циклонның қарқындылығын болжау әлі де қиындық тудырады, өйткені статистикалық әдістер динамикалық болжамдардан жоғары тиімділік көрсетуде. Арнайы болжамдардан басқа, Глобалдық болжамдар, мысалы, GFS, Біріктірілген модель (UKMET), NOGAPS, Жапондық глобалдық спектрлік модель (GSM), Еуропалық орташа мерзімдік ауа райын болжау орталығының моделі, Францияның Action de Recherche Petite Echelle Grande Echelle (ARPEGE) және Aire Limit´ee Adaptation Dynamique Initialisation (ALADIN) модельдері, Үндістанның Орташа мерзімдік ауа райын болжау ұлттық орталығының (NCMRWF) моделі, Кореяның Глобалдық деректерді жинау және болжау жүйесінің (GDAPS) және Аймақтық деректерді жинау және болжау жүйесінің (RDAPS) модельдері, Гонконг/Қытайдың Операциялық аймақтық спектрлік моделі (ORSM) және Канаданың Глобалдық қоршаған ортаның көп масштабты моделі (GEM) қозғалысты және қарқындылықты болжау үшін қолданылады.

Консенсус әдістері

Болжамдық модельдердің консенсусын пайдалану болжау қателігін азайтады. Трек бойынша GUNA моделі GFDL, UKMET модельдеріне, сондай-ақ циклон трекеріне сапаны бақылау қолданғаннан кейін интерполяцияланған нұсқалардың консенсусы болып табылады, АҚШ Әскери-теңіз күштерінің NOGAPS және GFS модельдері. GUNA-ның модельдік бұрмашылықтарға түзетулер енгізілген нұсқасы CGUN деп аталады. TCON консенсусы – GUNA консенсусы плюс Ұраган WRF моделі. Модельдік бұрмашылықтарға түзетулер енгізілген TCON нұсқасы TCCN деп аталады. TCON және ECMWF модельдерінің соңғы екі іске қосылымының кешіктірілген орташасы TVCN консенсусы деп аталады. TVCN-нің модельдік бұрмашылықтарға түзетулер енгізілген нұсқасы – TVCC консенсусы. Солтүстік-батыс Тынық мұхиты және Оңтүстік жарты шар бойынша он мүшелі STIPS консенсусы NOGAPS, GFS, жапондық GSM, Океан/Атмосфера мезомасштабты болжау жүйесі (COAMPS), UKMET, жапондық TYM, NOGAPS шекаралық шарттарымен GFDL, Әуе күштерінің ауа райы агенттігі (AFWA) моделі, Австралия тропикалық циклонның жергілікті аудандық болжау жүйесі және Вебер баротроптық моделінің нәтижелерінен құралады. Болжам жасаудың ансамбльдік әдісін қолдану, көп модельді ансамбль болсын немесе жаһандық модельге негізделген көптеген ансамбль мүшелері болсын, белгісіздікті анықтауға және қателерді одан әрі азайтуға көмектеседі. JMA 2008 жылдың ақпанынан бастап тайфун ансамбльдік болжау жүйесі (TEPS) деп аталатын 11 мүшелі ансамбльдік болжау жүйесін жасады, ол болашаққа 132 сағатқа дейін есептеледі. Ол өзінің GSM-нің төмен ажыратымды нұсқасын (үлкен тор аралығымен) пайдаланады, онда он бұрмаланған мүше және бір бұрмаланбаған мүше бар. Жүйе GSM-мен салыстырғанда орташа есеппен бес күн бұрын қателерді азайтады. Флорида штатының супер ансамблі (FSSE) модельдер жиынтығынан жасалады, содан кейін олардың бұрмашылықтарын азайту үшін оқу кезеңінде әзірленген статистикалық регрессия теңдеулерін қолданады, бұл мүше модельдерінен немесе олардың орташа шешімінен жақсы болжамдар береді. Ол 11 жаһандық модельді пайдаланады, оның ішінде Флорида мемлекеттік университетінде әзірленген бес модель, Бірыңғай модель, GFS, NOGAPS, АҚШ Әскери-теңіз күштерінің NOGAPS, Австралия метеорологиялық зерттеу орталығының (BMRC) моделі және Канаданың Recherche en Prévision Numérique (RPN) моделі. Ол тропикалық циклонның трассасын, қарқындылығын және жауын-шашын болжау бойынша маңызды шеберлік көрсетеді. Жүйелі көмекке негізделген болжам (SAFA) Тайфун туралы ескерту орталығымен таңдамалы консенсус болжамын жасау үшін әзірленді, ол 72 сағаттық уақыт аралығында АҚШ Әскери-теңіз күштерінің NOGAPS моделі, GFDL, Жапония метеорологиялық агенттігінің жаһандық және тайфундық модельдері, сондай-ақ UKMET моделінің қате болжамдарын қараудан алып тастады. SAFA-ның бес жылдық тарихында барлық модельдер жақсарды және операциялар кезінде қате болжамдарды жою қиын болды.

Күн дақ теориясы

2010 жылғы есепте күннің активтігінің төмендеуі, күшті дауылдардың көбеюімен байланыстырылған. Тарихи деректерді талдау көрсеткендей, күннің максималды активтігі кезінде АҚШ құрлық бөлігіне кем дегенде бір дауылдың тию ықтималдығы 25% болса, ал күннің активтігі төмендеген жылдары бұл көрсеткіш 64% құрады. 2010 жылдың маусым айында АҚШ-тағы дауылдарды болжаушылар бұл мәліметтерді пайдаланбады.

Ураган болжамы моделінің дәлдігі

Дауылдарды болжау модельдерінің дәлдігі дауылдан дауылға едәуір өзгеріп отыруы мүмкін. Кейбір дауылдар үшін дауылдың жолына әсер ететін факторлар салыстырмалы түрде түсінікті болады, соның салдарынан модельдер дәл ғана емес, сонымен қатар ұқсас болжамдар береді. Ал басқа дауылдар үшін дауылдың жолына әсер ететін факторлар күрделірек келеді, және әртүрлі модельдер мүлдем әртүрлі болжамдар шығарады.