ИСТИНА

Проект посвящен изучению влияния тропосферного аэрозоля на качество прогнозирования метеорологических параметров на территории Евразии. Атмосферный аэрозоль вносит большую неопределенность в оценки климатических изменений. Недостаточно изучено и влияние аэрозоля на точность прогноза погоды в современных мезомасштабных моделях. Свойства аэрозоля различных типов могут значительно варьироваться, что может приводить как к уменьшению, так и к росту температуры у поверхности Земли. В настоящее время существует два подхода к учету свойств аэрозолей в моделях: вычисление аэрозоля непосредственно в модели или его задание, используя так называемые аэрозольные климатологии. В данной работе планируется проведение численных экспериментов с использованием современных аэрозольных климатологий, имеющих различное пространственно-временное распределение аэрозолей различных типов, а также используя систему прогноза аэрозолей CAMS (Copernicus Atmosphere Monitoring Service). Для проведения численных экспериментов планируется использовать две мезомасштабные модели прогноза погоды: модель COSMO (Consortium for Small-scale Modeling), которая является оперативной моделью Гидрометцентра России, и новейшую модель ICON (ICOsahedral Nonhydrostatic), использующуюся для моделирования процессов различных масштабов от климатических прогнозов до моделирования мелкомасштабной турбулентности. Использование различных радиационных кодов в этих моделях и применение различных аэрозольных климатологий, включая систему прогностического аэрозоля CAMS, позволит оценить чувствительность прогноза важнейших метеорологических характеристик к заданию аэрозоля различного типа. В результате проведенного исследования будет оценена точность основных прогностических метеорологических параметров за счет использования различных аэрозольных климатологий и выявлены аэрозольные данные, использование которых минимизирует погрешности. В результате будет уточнена общая конфигурация модели, что позволит улучшить качество прогноза погоды на территории Евразии.

The overall aim of this project is to study the influence of tropospheric aerosol on the quality of weather forecast in Eurasia. Atmospheric aerosol contributes significantly to assessments of the climate change processes. Also, the effect of aerosol on the accuracy of the weather forecast in modern mesoscale models is not sufficiently studied. Aerosol properties of different types can vary considerably. This can lead to both a decrease and an increase in the temperature at the earth's surface. Currently, there are two approaches to account for the properties of aerosols in the models: the calculation of the aerosol directly in the model or the assignment, by using aerosol climatology. In this project, we are planned to conduct numerical experiments using modern aerosol climatologies with different spatial and temporal distribution of aerosols of different types, as well as using the aerosol prediction system CAMS (Copernicus Atmosphere Monitoring Service). Two mesoscale weather forecast models are planned to be used for numerical experiments. COSMO (Consortium for Small-scale Modeling) model, which is an operational weather forecast model of the Hydrometeorological centre of Russia and the newest model ICON (ICOsahedral Nonhydrostatic). This model can be used for both climate modelling and forecasting of small-scale turbulence. The use of different radiation codes in these models and the use of different aerosol climatologies, including the CAMS predictive aerosol system, will make it possible to assess the sensitivity of the forecast of the most important meteorological characteristics to the aerosol of different types. As a result of the study, the accuracy of the main prognostic meteorological parameters will be evaluated through the use of various aerosol climatologies and aerosol data will be identified, the use of which minimises errors. As a result, the configuration of the model will be clarified, which will improve the quality of the weather forecast in Eurasia.

В результате Проекта будут получены следующие результаты: 1. Будут проведены первые для всей территории Евразии численные эксперименты с различными аэрозольными климатологиями; 2. Будет разработана методологическая и программная платформа по сравнению результатов моделирования с данными различных видов наблюдения, а также результатов различных численных экспериментов друг с другом; 3. Будет проведена оценка точности и надежности воспроизведения моделями COSMO-Ru и ICON, с различными аэрозольными климатологиями, характеристик метеорологического режима территории Евразии. Подобное детальное сравнение результатов моделирования с несколькими аэрозольными климатологиями будет первым в своем роде в России; 4. По результатам совместного анализа данных наблюдений и данных моделирования, будет изучена пространственная структура и изменчивость различных эффектов аэрозолей в тропосфере. 5. В конечном счете это позволит оценить влияние аэрозоля на качество прогноза погоды, а также воздействия на климат. По итогам проекта будет рекомендован наилучший набор аэрозольных данных, который позволит улучшить точность прогноза наиболее важных метеорологических элементов.

Получен ряд важных результатов, касающийся определения погрешностей расчета плотности потока излучения в радиационном блоке модели прогноза погоды COSMO-RU. Рассмотрено два алгоритма переноса радиации: радиационный блок модели COSMO-Ru и алгоритм CLIRAD(FC05)-SW. Проведено тестирование радиационного алгоритма CLIRAD(FC05)-SW. Установлено, что для типичных условий в Москве относительная ошибка в расчете плотности потока солнечной радиации в алгоритме CLIRAD(FC05)-SW не превышает 2% (Полюхов А.А., и др., 2016). Далее было обнаружено, что радиационный алгоритм в модели СОSMO завышает в среднем на 4% (от 1.4% до 8.4%) расчеты суммарной радиации по сравнению с алгоритмом CLIRAD(FC05)-SW при одинаковых свойствах аэрозоля, влагосодержании и альбедо поверхности (Poliukhov A.A. et al, 2016). Данные значения существенны при составлении прогноза погоды и оценке климата города. Например, в (Chubarova et.al, 2018) получено, что при изменении баланса коротковолновой радиации на 100 Вт/м2 температура воздуха на метрах изменяется на 1 градус.