От капель к данным: Исследователи предлагают алгоритм для улучшения глобальных прогнозов осадков

С ростом изменений климата точные глобальные оценки осадков стали необходимы для прогнозирования водных катастроф, таких как наводнения и засухи, а также для управления водными ресурсами. Наиболее точные данные для таких прогнозов дают наземные наблюдения дождемеров, но их использование часто затруднено из-за ограниченного количества точек измерений и разреженности данных.

Чтобы решить эту проблему, доцент Юка Муто из Центра дистанционного зондирования окружающей среды (Япония) и профессор Шунджи Коцуки из Института перспективных академических исследований, а также из Исследовательского института медицины катастроф Университета Тибы создали современный метод, использующий технику Local Ensemble Transform Kalman Filter (LETKF). Исследование опубликовано в журнале Hydrology and Earth System Sciences.

LETKF — это сложный алгоритм ассимиляции данных, который повышает точность глобальных полей осадков и используется в метеорологии, океанологии и науках об окружающей среде. Он объединяет реальные наблюдения с результатами компьютерного моделирования для получения точных прогнозов в реальном времени. В этом исследовании LETKF был использован для улучшения оценок наземных данных через реанализ, путем интеграции надежных наблюдений дождемеров с динамически согласованными данными реанализа осадков.

«Мы наблюдали, что алгоритм LETKF не только повышает точность оценок осадков, но и обеспечивает вычислительную эффективность, что делает его надежным решением для крупномасштабных применений», — объясняет доктор Муто. Команда использовала данные наблюдений дождемеров от NOAA Climate Prediction Center (CPC) и данные реанализа осадков ERA5 от Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды. Используя 20-летний климатологический набор данных ERA5, алгоритм построил «первое приближение» поля осадков и его ковариационную ошибку, в которое затем были интегрированы наблюдения NOAA CPC.

«Наши оценки показали лучшее соответствие независимым наблюдениям дождемеров и были более надежными даже в горных или бедных данными регионах по сравнению с существующим продуктом NOAA CPC», — добавляет профессор Коцуки. Модель продемонстрировала значительные улучшения в отображении режимов осадков в таких регионах, как Гималаи, Анды и центральная часть Африки. Этот метод более надежен, чем традиционные техники, благодаря сохранению критических вариаций в режимах осадков и уменьшению эффектов сглаживания.

«Мы считаем, что точные оценки осадков могут изменить то, как мы готовимся к катастрофам и реагируем на них. Снижая неопределенность, мы можем смягчить экономические потери, поддержать устойчивое управление водными ресурсами», — подчеркивает долгосрочное значение исследования доктор Муто.