Яков Гольник
Записки метеоролога
Глава девятнадцатая
Использование информации численных прогнозов. Создание АРМ синоптика в ГМЦ Северного УГМС
Предисловие
Для повышения качества прогнозов погоды, кроме организационных мер и методической работы, важное место в нашей деятельности занимали вопросы внедрения достижений научно-технического прогресса, которые дают основной прирост оправдываемости прогнозов погоды и к которым относится спутниковая метеорологическая информация (ИСЗ), радиолокационная метеорологическая информация (МРЛ), численная информация метеорологических полей, элементов и явлений погоды, рассчитанная на ЭВМ большого быстродействия на основе решения уравнений прогноза погоды, разработка новых и усовершенствованных методов прогнозов. Все эти достижения науки широко используются в практике оперативной работы синоптиков при составлении прогнозов погоды.
Использование численных прогнозов в работе Гидрометцентра
Остановимся только на использовании численных прогнозов, поскольку о них меньше всего известно. В 60-х годах из численных прогнозов, которыми пользовались синоптики в оперативной практике, были прогностические карты на 24–36 часов 700и 500-миллибаровых поверхностей (средняя тропосфера), рассчитанных на машинах БЭСМ в Гидрометцентре СССР по численным моделям С.Л. Белоусова.
Эти схемы без изменения просуществовали до конца 70-х годов, когда стало известно, что в США на супер-ЭВМ
«Крей» с быстродействием сотни миллионов операций в секунду, были рассчитаны прогнозы метеорологических полей на многих уровнях атмосферы, включая и приземный (1000 мб поверхность) на несколько суток вперёд. В начале 80-х годов, находясь на курсах повышения квалификации начальников бюро погоды в Кучине под Москвой, мы из лекции ведущего учёного в области численных прогнозов С.Л. Белоусова (ГМЦ СССР) узнали, что в Вашингтоне, Оффенбахе (ФРГ) и Рединге (Англия) созданы центры среднесрочных прогнозов, оснащённые супер-ЭВМ, которые рассчитывают на этих ЭВМ численные прогнозы и передают их по проводам в виде прогностических карт и в цифровом закодированном виде (в коде ГРИД – в узлах регулярной сетки) на 5–6 суток вперёд. В ГМЦ СССР началось их поступление, и качество этих прогнозов высокое.
С.Л. Белоусов показал нам, как расшифровывается эта информация. Код оказался довольно простым, можно было на телетайпной ленте со значениями закодированной информации проводить изолинии высоты изобарической поверхности. Он сообщил нам также, что в его лаборатории разработаны численные модели, не уступающие зарубежным центрам, но из-за отсутствия быстродействующих машин их реализация невозможна. И наглядно показал, как в зависимости от шага на координатной сетке и в масштабе реального времени рассчитать требуемую мощность ЭВМ. Поскольку количество операций для счёта очень велико, то требуются ЭВМ огромной мощности. Нам было обещано, что в ближайшее время эта информация будет передаваться в УГМС по автоматической системе передачи данных – АСПД «Погода». Но время шло – прошёл год, а эта информация так и не поступила.
И вот по прошествии года, будучи в Москве на каком-то совещании, мы вместе с коллегой из Северо-Западного УГМС (Ленинград) А.Г. Дегтярёвым, зашли по этому вопросу в Управление Гидрометобеспечения (УГМО), встретились с новым работником В.А. Трениным и попросили его ускорить передачу информации в коде ГРИД в наш адрес. Он энергично взялся за дело, и скоро она начала поступать к нам.
Следует отметить, что почти 20 лет спустя, в 1999 году, в Санкт-Петербурге в здании Академии наук широко отмечался 150-летний юбилей со времени основания Метеорологической службы в России, на пленарном заседании которого выступил с докладом о развитии численных методов прогнозов в России директор Гидрометцентра РФ (потом руководитель Росгидромета РФ) А. Фролов, в котором он отметил выдающуюся роль в этом С.Л. Белоусова, недооценённого в советское время.
Зная достоинства этой информации, мы также энергично приступили к её внедрению не только среди синоптиков, но и гидрои агропрогнозистов. По мере накопления опыта работы с этой информацией мы обратили внимание на то, что оправдываемость прогнозов разных зарубежных центров не одинакова. После произведённых испытаний оказалось, что для нашей территории некоторые преимущества имеют схемы Оффенбаха по сравнению со схемами Вашингтона и Рединга (Англия), что было связано с краевым расположением нашей территории к узлам регулярной координатной сетки, которые лучше обрабатывались по схеме Оффенбаха.
С накоплением опыта все почувствовали рост оправдываемости прогнозов, одни больше, другие меньше, но среди них выиграли больше всех синоптики-долгосрочники, у которых прогнозы на вторые–третьи сутки раньше едва достигали 80%, а после использования информации в коде ГРИД оправдываемость достигла сначала 85%, а потом даже 90%, а с переходом на информацию в коде ГРИБ, которая рассчитывалась на супер-ЭВМ значительно большего разрешения, – миллиарды операций в секунду, и даже более 90%. Однажды, уже в 90-х годах, на протяжении нескольких летних месяцев мы подавали сведения в Росгидромет по оправдываемости прогнозов на вторые и третьи сутки – 97%, даже выше, чем на первые сутки, и получили из Москвы запросы: «Нет ли здесь ошибки?» После пересчёта мы подтвердили эти цифры.
Естественно, что с такой информацией можно было переходить на обслуживание некоторых организаций прогнозами погоды до 5–6 суток. До этих численных методов прогнозы на период 4–6 дней составлялись один раз в неделю, а теперь появилась возможность составлять их на каждый день недели и по мере поступления нового материала постоянно уточнять. Как раньше, так и теперь мы по оправдываемости прогнозов погоды на 1–3 суток находились на передовых позициях в стране, и всё это благодаря опытнейшим синоптикам Е.Я. Гольник и В.С. Преображенской. Значительно более успешно стали прогнозироваться волны тепла и холода, резкие изменения температуры, сильные ветры и метели, особенно на юго-востоке Баренцева моря и в Воркуте. Гидропрогнозисты использовали эти данные для уточнения прогнозов вскрытия рек, агропрогнозисты – для уточнения времени начала весенних полевых работ (сроков поспевания почвы). Надежные консультации о погоде на 5–6 суток стали получать энергетики и коммунальные службы города. Я, будучи постоянным членом городской противопаводковой комиссии, на еженедельных заседаниях докладывал не только сведения о вскрытии Северной Двины, но и прогноз погоды на неделю, и многие члены комиссии отмечали их большую точность. Всё меньше и меньше становилось нареканий, шуток и анекдотов по части оправдываемости прогнозов погоды.
Региональные численные прогнозы
Численные прогнозы развивались не только на макроуровне, но и на региональном. Впервые среди УГМС численными прогнозами стало заниматься Белорусское УГМС, где в 60-х годах был создан первый в УГМС вычислительный центр, в штате которого насчитывалось до 40 программистов, в том числе и специалисты в области численных прогнозов. Им удалось приспособить одну из численных моделей ГМЦ СССР к своему региону и приступить к расчёту полей, элементов и явлений погоды на 24 и 36 часов на ЭВМ сначала серии «Минск», а потом – серии ЕС.
При этом для счёта использовалась информация более 600 метеорологических и нескольких сот аэрологических станций, передаваемая из Главного радиометцентра (ГРМЦ) Москвы.
Когда в Северном УГМС в 1976 году был создан вычислительный центр, то сразу же в бюро погоды была организована численная группа с инженерами-численниками В.Н. Шевелёвым и И.А. Паромовой (Перелома), которые должны были приспособить к условиям территории Северного УГМС одну из численных схем. Поскольку региональная модель, используемая в Белоруссии, имела недостаточную оправдываемость, решили поискать другую. Выбор пал на региональную численную схему Украинского НИГМИ (автор Ромов). На протяжении ряда лет автор численной схемы Ромов с аспирантом и участием Шевелёва и Паромовой приспосабливали численную схему Ромова. И даже провели её испытание, получив удовлетворительные результаты, но внедрить её в практику не представилось возможным из-за того, что численная модель требовала большого объёма исходной информации, для получения которой из ГРМЦ требовался второй телефонный канал связи с Москвой, который Архангельское управление связи изыскать не смогло.
Когда в 1979 году я принял Архангельское бюро погоды, передо мной встала серьёзная проблема, в каком направлении продолжать эту деятельность. Белорусский опыт, на наш взгляд, нуждался в серьёзном совершенствовании. Дело в том, что когда я побывал в Минске и ознакомился с их работой, то обратил внимание на то, что счётом на машинах занимаются одни численники без участия синоптиков. Численники во время обсуждения прогноза погоды приносили синоптикам результаты счёта на машине, а синоптики использовали их с большой осторожностью, так как численные прогнозы уступали синоптическим.
Меня ознакомили в Минске с оправдываемостью численных прогнозов, которая, по их собственным оценкам, имела неплохие результаты.
И вот у них, с целью ознакомления с опытом их работы, побывала с.н.с. лаборатории испытания новых методов прогнозов Гидрометцентра СССР Веселова Г.К. Она обстоятельно разобралась в их работе по численным прогнозам. И результаты проверки их работы были вынесены на заседание коллегии Госкомгидромета, на котором присутствовал по стечению обстоятельств и автор этих строк. Как ни странно, но результаты проверки оказались в большей степени отрицательные, о чём она и сообщила на коллегии. Оказалось, что при оценке оправдываемости прогнозов в Минске применяли не общепринятую методику, а свою собственную. Один из таких примеров мне запомнился: гололёд – довольно редкое явление, и может наблюдаться 1 или максимум 4 раза в месяц, но на машине он считался каждый день (30–31 раз в месяц), и если это явление не ожидалось и его не было, то такой прогноз считался оправдавшимся. Так получалась нереальная оправдываемость.
Галина Ксенофонтовна не только раскритиковала такой подход, но и предложила прекратить вообще эти работы. Пришлось даже выступить в защиту белорусов. Я сказал, что за 10 лет работы это первая проверка, произведённая Гидрометцентром СССР, и если бы ГМЦ СССР оказал бы раньше методическую помощь в этом вопросе не только Белорусскому УГМС, но и другим УГМС, которые занимаются численными прогнозами, то таких недостатков не было бы.
Поэтому закрывать ничего не надо, а нужно устранить недостатки и выработать новую региональную политику в этом вопросе относительно УГМС. В таком же ключе выступали и представители других УГМС, что и было учтено коллегией при принятии решения. Но эта политика так и не была выработана.
Создание автоматизированного рабочего места (АРМ) синоптика
Прошло уже 33 года с того времени, когда в 1988 году в Гидрометцентре Северного УГМС было создано автоматизированное рабочее место синоптика (АРМ синоптика). Это было первое АРМ синоптика в системе Госкомгидромета СССР, функционирующий в единственном числе в течение многих лет (а может быть и до сих пор). Истории его создания посвящена данная глава.
Предпосылки к созданию АРМ синоптика
Таким образом, надеяться было не на кого, и нам предстояло выбрать собственный путь. К этому времени уже появилась численная информация в коде ГРИД, наиболее совершенная из всех численных моделей, поэтому мы прекратили поиск региональных схем. Вероятно, кроме нас, этой проблемой были озабочены и другие УГМС, и когда я получил письмо от начальника ГМЦ Южно-Сахалинского УГМС Б.В. Кубая с предложением встретиться в Северо-Западном УГМС (г. Ленинград) для обсуждения этой проблемы, то я его с готовностью принял. Дело в том, что к этому времени в Северо-Западном УГМС совместно с лабораторией Ленинградского гидрометинститута (ЛГМИ, Русин) были разработаны программы для расчёта прогноза элементов и явлений погоды, реализованные на мини-ЭВМ, и достигнута их неплохая оправдываемость по сравнению с Белорусским УГМС.
Вскоре эта встреча состоялась. В ней участвовали несколько наших коллег из других управлений, имеющих ЭВМ. Мы прослушали руководителей численных групп СЗ УГМС и лаборатории ЛГМИ, из которых узнали,что в СЗ УГМС за последние годы была проведена большая работа по уточнению расчётных методов прогнозов на местном материале. Лаборатория численных методов прогнозов ЛГМИ во главе с Русиным разработала программы для их расчёта на мини-ЭВМ, а численная группа СЗ УГМС провела испытание их на этих машинах, получила неплохие результаты и приступила к регулярному счёту, который передавался дежурному синоптику для использования при составлении прогнозов погоды. Но по-прежнему основным прогнозом, выпускаемым дежурным синоптиком, являлся его собственный прогноз, составленный на основе ручного расчёта, и только иногда он использовал машинный счёт. Как в Белорусском, так и в СЗ УГМС синоптики были отстранены от участия в работе на машинах, в этом они были едины, хотя различия между ними сохранялись в результатах оценки выпускаемых прогнозов.
По возвращении в Архангельск я собрал своих специалистов и рассказал им о результатах состоявшейся встречи в Северо-Западном УГМС и сформулировал им наши задачи. Они заключались в следующем: перевести все расчёты, выполняемые дежурным синоптиком вручную при составлении суточного (полусуточного) прогноза погоды и штормовых предупреждений об опасных и особо опасных (стихийных) явлениях, на машину ЕС, но с одним существенным условием: чтобы дежурный синоптик выполнял все расчёты на машине самостоятельно в диалоговом режиме с машиной, для чего установить выносной дисплей (виртуальную машину) от машины ЕС на рабочем столе синоптика. Тем самым, возможно, мы сможем ликвидировать те недостатки, которые имеют место в Белорусском и Северо-Западном и, вероятно, и в других УГМС. При обсуждении не все согласились с такой постановкой вопроса, было и неверие, и были даже противники. Но мы, несмотря на это, договорились начать работу. Программист-численник В.Н. Шевелёв взял на себя обязанность разработать программное обеспечение, максимально заимствуя опыт работы и программы, разработанные ЛГМИ, о чём с ними была достигнута соответствующая договоренность. Главному синоптику А.Е. Новожёновой было поручено подготовить техническое задание по переводу на машину максимально возможного количества расчётов, выполняемых дежурным синоптиком при составлении прогнозов и штормовых предупреждений. При этом внимательно проанализировать их оправдываемость. В процессе анализа ею было обнаружено, что применяемая методика прогноза температуры воздуха нуждается в совершенствовании, чем она и занялась впоследствии, выполняя исключительно трудоёмкую работу, которую затем, через несколько лет, завершила А.И. Усова – руководитель методической группы, существенно усовершенствовав методику и повысив её оправдываемость.
На автора этих строк, кроме самой идеи, формулирования задач и общего руководства, была возложена разработка и собственно технологии работы. Мы дружно взялись за дело. Работа шла довольно быстро. В процессе разработки и отладки программ их сразу же опробовала на машине главный синоптик, делая по ходу дела весьма полезные замечания для их доработки. Ко времени завершения всей работы все составляющие системы были опробованы и дали положительные результаты. Поэтому было принято решение о передаче системы в оперативную работу синоптикам.
К концу 1988 года наш замысел был реализован. На рабочем месте синоптика был установлен выносной дисплей от машины ЕС-1035, в операционную систему записаны все программы для расчёта элементов и явлений погоды, вспомогательный материал в виде таблиц и графиков различных значений температуры, осадков, а также форма таблиц для записи результатов счёта в виде «Журнала обоснования прогноза на 24 и 36 ч».
Начальник отдела метпрогнозов В.С. Преображенская с синоптиками с большим подъёмом взялись за освоение этой системы и быстро внедрили её в оперативную практику. Через некоторое время были подведены итоги опытной эксплуатации. Они по всем параметрам оказались весьма обнадёживающими: результаты оправдываемости прогнозов по машинному счёту не уступали ручному, диалоговый режим работы позволял варьировать данные, расчёты на машине выполнялись быстрее, чем вручную, что высвобождало время синоптика в период его дефицита при составлении суточного прогноза. Программисты-численники стали обеспечивать программное сопровождение машинного счёта, а не выполнять самим счёт, как в других управлениях. Так впервые в гидрометслужбе была создана новая технология составления суточного прогноза погоды – автоматизированное рабочее место синоптика – АРМ синоптика. О выполненной работе мы написали статью, которая была опубликована в ИП Северного УГМС за 1989 год. В 1990 году работа была представлена в Госкомгидромет СССР на конкурс за лучшую НИР и ОМР. Для проверки разработанной нами новой технологии в Северное УГМС приезжала уже известная вам с.н.с. Гидрометцентра Г.К. Веселова, которая одобрила нашу работу и попросила меня подготовить статью по данному вопросу, что мы и сделали. В 1990 году она была опубликована в Трудах ГМЦ СССР «Испытание и внедрение новых методов прогнозов», а Госкомгидромет присудил нам 2-ю денежную премию.
Более 10 лет проработали синоптики ГМЦ по созданной компьютерной технологии. Однако ни одно управление не повторило наш опыт, продолжая работать в старом режиме. Почему и с чем это связано? На наш взгляд, дело, вероятно, не в том, что она плоха, в конечном итоге могли бы сделать и лучше. По-видимому, дело в начавшихся рыночных отношениях. Теперь за всё надо платить: и за компьютеры, и за геоинформационную систему (ГИС метео), и за технологии. Другой причиной, по-видимому, является та, что не в каждом Гидрометцентре найдётся такой же набор надёжных расчётных методов прогноза элементов и явлений погоды, как в нашем.
По опыту создания АРМ синоптика в ГМЦ Северного УГМС были созданы АРМ гидропрогнозиста и АРМ агрометеоролога. Создание АРМ синоптика было связано не только с разработкой новой технологии составления прогноза, но и сделан первый шаг в переходе к безбумажной технологии. Вторым существенным шагом в этом направлении было внедрение в 1991 году в ГМЦ Северного УГМС локальной автоматизированной системы средств обработки (ЛАССО) на базе первых персональных компьютеров (ПЭВМ-286), а через несколько лет и геоинформационной системы ГИС «Метео», осуществивших графическое отображение, обработку и документирование синоптических и аэрологических карт, что дало возможность синоптикам ГМЦ постепенно отказаться от бумажных карт.
Дальнейшее развитие АРМ синоптика
Дальнейшим развитием созданной нами технологии должно было стать соединение её с информацией в коде ГРИД, что могло повысить уровень автоматизации (без ущерба – снижения качества) в подготовке прогнозов. По согласованию с ГМЦ России мы сделали региональный заказ на соответствующую тему, которая была включена в план Росгидромета и им же профинансирована. Исполнителем темы был с.н.с. ГМЦ России А.И. Биркган.
Однако ко времени окончания работы и начала внедрения информация в коде ГРИД была заменена на более совершенную в коде ГРИБ, рассчитываемую в зарубежных центрах на ещё более мощных супер-ЭВМ.
По предложению ГМЦ России мы вышли с ходатайством в Росгидромет о продлении срока выполнения темы на год. УГМО и Управление научных исследований нас поддержало, но неожиданно для нас по указанию зам. председателя Росгидромета Ходкина предусмотренные на заказанную тему деньги были сняты и переданы ГОИНу.
Мне было предложено выехать в Москву и разобраться с ситуацией. При встрече в Росгидромете с Ходкиным он мне сказал, что деньги и тему нашу не утвердили из-за того, что у нас нет информации в коде ГРИБ и отсутствует возможность для её получения.
Я ему пояснил, что раньше для получения дополнительной информации нужна была вторая телефонная линия связи Москва–Архангельск, а сейчас этого не требуется, т.к. достаточно уплотнения для передачи этой информации. Но он потребовал официального подтверждения от технического управления.
Когда я обратился к начальнику ТУ Ю. Хабарову, мне без проблем выдали справку, подтверждающую мною сказанное. Об этом я сообщил Ходкину и передал ему справку. Он мне ответил, что они ещё раз рассмотрят этот вопрос. Перед заседанием научно-технического совета, на котором должны были утверждать план НИР и ОКР, мы встретились с начальником управления научных исследований Блиновым, который мне сообщил, что решения по нашему вопросу нет, у него есть вариант выделения средств из резерва начальника Росгидромета А.И. Бедрицкого, с ним вопрос предварительно согласован, но для большей уверенности посоветовал мне выступить на
совете.
Пришлось попросить слово и выступить перед полным актовым залом участников научно-технического совета.
Я, в частности, сказал, что несколько лет тому назад Росгидромет ввёл систему региональных заказов, согласно которой управлениям дано было право заказывать институтам необходимые для них темы НИР, и под них выделялось финансирование.
Система нашла одобрение и поддержку многих УГМС и вот без участия в конкурсе, а просто волевым порядком не включается в план НИР заказанная тема, и эти действия мы рассматриваем как грубое нарушение системы региональных заказов.
Далее я сказал, какое значение имеет для нас данная работа – она является продолжением и совершенствованием впервые созданной у нас компьютерной технологии составления прогнозов, а также следующим этапом создания безбумажной технологии в работе синоптика.
После моего выступления членами НТС было принято решение о включении нашего заказа в план НИР. Но завершить эту работу не удалось из-за моего ухода на пенсию в 2000 году.
