Выходная продукция
На сайте NCL можно найти список полей в локальных GRIB-таблицах DWD 201, 202, 203.
БАЗЫ ДАННЫХ
ОСОБЕННОСТИ
Осадки
Поле осадков выдаётся как сумма осадков с начала прогноза.
Таким образом, если необходимо найти осадки за 12 часов на заблаговременности 48, нужно из суммы за 48 часов вычесть сумму за 36:
TOT_PREC_sum12h (forecast=48h) = TOT_PREC (forecast=48h) — TOT_PREC (forecast=36h)
Порывы
В качестве порывов ветра (VMAX_10M) выдается максимально возможный порыв за прошедшие 3 часа или 1 час.
Геопотенциал
COSMO записывает поле геопотенциала (FI [m^2/s^2]), в то время как множество других моделей и наблюдения записываются в виде геопотенциальной высоты Hgeopot (Hgeopot = FI/g). Нужно учитывать этот факт при использовании поля геопотенциала, иначе появится систематическая ошибка. Таким образом, для получения поля геопотенциальной высоты в декаметрах нужно умножить геопотенциал на 0.0102 (или разделить на 10*9.81).
Высоты
В численной схеме модели по вертикали используется сетка Лоренца.
Первые высоты называются целыми или модельными уровнями (HFL), а вторые половинными или промежуточными (HHL).
GRIB — GRIB
GRIB (GRIdded Binary или Общая регулярно распространяемая информация в двоичной форме ) — это сжатый формат данных, обычно используемый в метеорологии для хранения исторических и прогнозов погодных данных. Он стандартизирован Комиссией Всемирной метеорологической организации по основным системам, известной под номером GRIB FM 92-IX, описанной в Наставлении ВМО по кодам № 306. В настоящее время существует три версии GRIB. Версия 0 в ограниченной степени использовалась такими проектами, как TOGA, и больше не используется. Первое издание (текущая подверсия — 2) оперативно используется во всем мире большинством метеорологических центров для вывода численного прогноза погоды (ЧПП). Было представлено новое поколение, известное как второе издание GRIB, и данные постепенно переходят на этот формат. Некоторые из GRIB второго поколения используются для производных продуктов, распространяемых в Eumetcast из Meteosat Second Generation. Другой пример — модель NAM (North American Mesoscale).
- 1 Формат
- 1.1 История GRIB
- 1.2 Проблемы с GRIB
- 1.3 GRIB 1 Заголовок
- 2.1 Приложения
- 2.2 Мобильные приложения
- 2.2. 1 iOS
- 2.2.2 Android
Формат
Файлы GRIB представляют собой набор автономных записей 2D-данных, и отдельные записи представляют собой значимые данные, без ссылок на другие записи или общую схему. Таким образом, коллекции записей GRIB можно добавлять друг к другу или разделять записи.
Каждая запись GRIB состоит из двух компонентов — части, описывающей запись (заголовок), и самих двоичных данных. Данные в GRIB-1 обычно преобразуются в целые числа с использованием масштаба и смещения, а затем упаковываются по битам. ГРИБ-2 также имеет возможность сжатия.
История GRIB
GRIB заменил (ADF).
Комиссия по основным системам (КОС) Всемирной метеорологической организации (ВМО) собралась в 1985 году для создания формата GRIB (GRIdded Binary). Рабочая группа по управлению данными (WGDM) в феврале 1994 г., после значительных изменений, одобрила редакцию 1 формата GRIB. Формат GRIB Edition 2 был утвержден в 2003 году в Женеве.
Проблемы с GRIB
В GRIB нет способа описать коллекцию записей GRIB
- Каждая запись независима, и нет возможности ссылаться на схему, намеченную создателем GRIB
- Нет надежного способа объединить записи в многомерные массивы, из которых они были получены.
- Использование внешних таблиц для описания значения данных.
- Нет авторитетного места для публикации центров их локальные таблицы.
- Несогласованные и неправильные методы управления версиями локальных таблиц.
- Нет машиночитаемых версий таблиц WMO (теперь доступны для GRIB-2, но не для GRIB-1)
Заголовок GRIB 1
Заголовок GRIB 1 состоит из двух частей — обязательной (Раздел определения продукта — PDS) и необязательной (Раздел описания сетки — GDS). PDS описывает, кто создал данные (исследовательский / операционный центр), задействованную числовую модель / процесс (может быть NWP или GCM ), данные, которые фактически хранятся (например, ветер, температура, концентрация озона и т. Д.), Единицы измерения данных (метры, давление и т. Д.), Вертикальная система измерения данные (постоянная высота, постоянное давление, постоянная потенциальная температура ) и отметка времени.
Если необходимо описание пространственной организации данных, также должна быть включена GDS. Эта информация включает в себя спектральные (гармоники расходимости и завихренности ) по сравнению с данными с координатной сеткой (гауссовская, сетка XY), разрешение по горизонтали и местоположение источника.
Программное обеспечение
Приложения
Был написан ряд пакетов прикладного программного обеспечения, в которых используются файлы GRIB. Они варьируются от утилит командной строки до графических пакетов визуализации.
- ATMOGRAPH ModelVis Коммерческое программное обеспечение для визуализации данных числовой модели погоды, способное декодировать и отображать форматы данных GRIB 1 и GRIB 2
- ArcGIS Лидирующее на рынке программное обеспечение ГИС
- Expedition — Expedition — это Парусная навигация и приложение погоды. Отображение и загрузка Grib из многих источников бесплатны.
- WGRIB Программа на основе командной строки для управления, инвентаризации и декодирования файлов GRIB1
- GrADS, бесплатное настольное приложение на основе командной строки, которое напрямую обрабатывает файлы GRIB1 и GRIB2
- Picogrib Пакет бесплатного декодирования на языке C GRIB 1 (вызываемый FORTRAN), частично совместимый с программой ECMWF GRIBEX
- Коды NCEP Бесплатное программное обеспечение (библиотека C и FORTRAN) для декодирования и кодирования данных в GRIB 1 формат
- коды NCEP бесплатное программное обеспечение (библиотека C и FORTRAN) для декодирования и кодирования данных в формате GRIB 2 (только некоторые шаблоны)
- JGrib — Jgrib — это бесплатная библиотека для чтения файлов GRIB в Java.
- Meteosatlib — Meteosatlib — это бесплатная библиотека C ++ и набор инструментов для преобразования спутниковых изображений между различными форматами; он может читать и записывать данные GRIB, а его библиотека кодирования / декодирования GRIB может использоваться автономно.
- Mathematica, общее математическое, статистическое и презентационное приложение напрямую обрабатывает файлы GRIB и может отображать их с множеством проекций
- Командный язык NCAR можно использовать для чтения, анализа и визуализации данных GRIB, а также для преобразования их в другие форматы данных с координатной привязкой.
- PyNIO — это программирование на Python language, который обеспечивает доступ для чтения и / или записи к различным форматам данных с использованием интерфейса, смоделированного на основе netCDF.
- degrib (AKA NDFD GRIB2 Decoder) — это программа для чтения файлов GRIB 1 и GRIB 2.
- wgrib2 — это программа для чтения файлов GRIB 2.
- GRIB API — это API, разработанный в ECMWF для декодирования и кодирования данных GRIB версии 1 и 2. Примечание: этот пакет теперь заменен на ecCodes, который является расширенным набором GRIB API. Также включен полезный набор инструментов командной строки . ECMWF также предлагает пакет для построения графиков Magics и рабочую станцию / пакетную систему Metview для обработки / визуализации файлов GRIB.
- Ugrib — Ugrib — бесплатный графический просмотрщик GRIB, разработанный для чтения файлов GRIB 1. Веб-сайт GRIB.US также направлен на ознакомление с разумным и безопасным использованием данных GRIB для прогнозирования погоды. Эта ссылка не работает с 20 мая 2017 года.
- SmartMet — SmartMet — это инструмент Windows, который считывает, записывает и визуализирует данные GRIB.
- Xconv / Convsh — Xconv представляет собой графический инструмент для отображения и преобразования данных с координатной сеткой, доступный для большинства операционных систем. Convsh — это эквивалент командной строки.
- NetCDF-Java Common Data Model — это библиотека Java, которая может читать файлы GRIB 1 и GRIB 2.
- zyGrib графический программное обеспечение для Linux, Mac OS X и Windows (GPL3, Qt) для загрузки и отображения файлов GRIB 1 и GRIB 2 (начиная с версии 8.0).
- XyGrib запущен как форк zyGirb 8.0.1. Это также мультиплатформенное программное обеспечение.
- GDAL, популярная библиотека для чтения и записи геопространственных данных с открытым исходным кодом
- PredictWind Offshore App Многоплатформенное приложение, предназначенное для лодок, направляющихся в море с необходимостью загрузки прогноза Данные GRIB по спутниковому или SSB-соединению.
- LuckGrib приложение, доступное на macOS, iOS и iPadOS, предназначенное для моряков и других погодных условий энтузиасты. LuckGrib обеспечивает легкий доступ ко многим погодным моделям GRIB. Кроме того, предоставляется несколько моделей океанских течений и волн. Данные можно загружать через Интернет, спутник или электронную почту.
- PyGrib Модуль расширения языка Python, который позволяет читать и записывать форматы GRIB 1 и GRIB 2.
- PolarView Навигационное приложение, которое включает программа просмотра GRIB, поддерживающая как GRIB 1, так и GRIB 2. PolarView включает службу загрузки GRIB для данных GFS (ветер / атмосферное давление), NWW3 (высота / направление волны) и RTOFS (атлантические течения) от NOAA. Доступно для Linux, Mac и Windows.
- OpenCPN Картплоттер / морской навигатор с открытым исходным кодом. Для ежедневных круизов или предварительного планирования маршрута. (ПРИМЕЧАНИЕ: поддержка GRIB доступна начиная с версии 1.3.5 beta )
- CDO (операторы климатических данных) — это инструмент анализа геонаучных данных с поддержкой GRIB.
- IDV ориентирован на метеорологию, платформо-независимое приложение для визуализации и анализа файлов GRIB1, GRIB2 и NetCDF.
- SoftwareOnBoard Приложение для морской навигации для Windows, которое включает в себя наложения GRIB на карту.
- GribAE Бесплатный интерфейс Windows для WGRIB.
- qtVlm бесплатное программное обеспечение для linux, windows, mac, android, raspberryPi и iOS, с интерфейсом с GPS и функциями маршрутизации (+ интерфейс с виртуальной морской игрой VLM )
- PyNDFD модуль Python с открытым исходным кодом для получения данных прогноза погоды в реальном времени из Национальной службы погоды США. Данные в формате GRIB кэшируются и анализируются, чтобы предоставить разработчику доступ к десяткам актуальных переменных прогноза погоды. Данные доступны для следующих 7 дней для любой координаты в пределах США.
- Weather4D Это приложение Программа обрабатывает файлы GRIB (доступно около 35 моделей погоды / волн / течений) для создания прогнозов погоды, которые можно анимировать в 3D HD. Версия «Маршрутизация» предоставляет также возможности прогнозирования погоды на основе выбранных моделей и полярных данных, управление местоположением. Версия «Маршрутизация и навигация» добавляет функции навигации, такие как интерфейс NMEA, AIS, морские карты, приборные панели, запись треков.
- glgrib Это приложение отображает поля GRIB2 с OpenGL. Растр, контур, вектор, палитра, масштаб карты, береговые линии, границы. Широта / долгота, ламберт, гауссова сетка. Можно интерактивно просматривать поля (перемещать, масштабировать и т. Д.). Поля с высоким разрешением (2,5 км и 1,25 км глобально) отображались с помощью glgrib.
Мобильные приложения
iOS
Некоторые приложения iOS поддерживают формат GRIB, в том числе :
Android
Несколько Android Приложения поддерживают формат GRIB, включая:
См. Также
- Common Data Format (CDF)
- Формат иерархических данных (HDF)
- NetCDF
- Формат PP
- Глобальная система прогнозов
- GrADS
Ссылки
Внешние ссылки
- Руководство ВМО по Коды № 306
- Таблицы, извлеченные из Руководства по кодам, том I.2
- GRIB, издание 1
- GRIB, издание 2 (01/2003)
- GRIB, издание 2 (только двоичное, 11/2003)
- Данные GRIB из Environment Canada
- www.nco.ncep.noaa.gov
- www.ecmwf.int GRIB API
- О пригодности кодов BUFR и GRIB для архивирования данных
Эпоха цифры: «грибной» дождь
Как много изменилось за последние 15 лет в мире морских метеопрогнозов! Сложно поверить, что еще несколько лет назад всё было совсем по другому.
.. 1998 год. Финляндия. Мой первый поход на яхте Л-6 за границу. Капитан и старпом стоят у застеклённого стенда в марине Котки, озабоченно изучая факсимильную карту погоды, только что вывешенную менеджером марины. Загадочные кривые изолиний, жирные дуги фронтов и логарифмическая шкала скорости ветра в углу — всё это выглядит для меня примерно так же, как курс ядерной физики для неандертальца. Впрочем, и опытные яхтсмены явно испытывают проблемы: ясно, что на нас движется холодный фронт, но какой именно силы будет ветер — определить по карте сложно. Принято решение выходить, хотя перспективы на ветер очень туманные: от 4 до 6 баллов. Ясно одно: шторма не будет, и это уже хорошо..
Во время перехода штурман внимательно следит за показаниями барографа, не забывая заводить его, записывает в журнал изменения атмосферного давления, облачности и видимости. По изменению характера облачности и барической тенденции мы оцениваем происходящее в атмосфере — слава богу, всё примерно совпадает с прогнозом..
С того далекого дня в июле 1998 года прошло 15 лет. Многое в парусном спорте безвозвратно изменилось, и в прогнозировании погоды произошла не одна, а несколько тихих революций. Ушли в прошлое бумажные карты погоды и скрупулезное вывешивание распечаток в офисах марин стало скорее традицией, чем жизненной необходимостью. Сначала в наиболее развитых странах, а затем и повсеместно, основным источником свежей погодной информации стал Интернет.
Наверное, самым значительным изменением за эти 15 лет стало широкое распространение программ получения прогнозов в GRIB-файлах — формате обмена информацией между метеослужбами разных стран, который оказался очень удобен для получения информации в интересующем шкипера регионе, что экономило дорогой мобильный и спутниковый интернет.
GRIB — gridded binary — это формат который разрабатывался для обмена и хранения архивной погодной информации.. Это простой и компактный формат, который описывает с шагом в один или в несколько часов изменяющиеся погодные условия в узлах заданной географической сетки. GRIB-файлы могут содержать информацию об атмосферном давлении, ветре, осадках, температуре, направлении и скорости течения и волн и десятков других параметров.
Эта статья состоит из двух частей: в первой статье я попробую рассказать, как правильно пользоваться GRIB файлами, на примере наиболее распространённой и популярной модели GFS. Во второй части речь пойдёт об основных отличиях различных математических моделей, используемых в прикладной метеорологии, лежащих в основе получаемых яхтсменами прогнозов. В ней мы рассмотрим с вами разнообразные альтернативы GFS, которые доступны как на платной, так и на бесплатной основе.
Модель GFS
Итак, как делаются прогнозы?
Важно понимать — все прогнозы, которыми мы с вами пользуемся (если вы только не составили прогноз сами!) получены в результате анализа данных с тысяч погодных станций по всему миру мощными суперкомпьютерами. Существует множество математических моделей процессов в нашей атмосфере, и знание об особенностях и ограничениях той или иной модели даёт нам понимание того, каким образом мы можем её использовать.
Самой популярной и распространенной метеорологической моделью используемой разнообразными сайтами с прогнозами погоды является модель GFS. Собственно, GRIB-файлы содержащие данные, полученные по этой модели, вы и увидите скачивая данные в популярных программах GRIB.US, zyGRIB или pocketGRIB.
GFS расшифровывается как Global Forecast System (Глобальная Система Прогнозирования). Эта метеорологическая модель создана американским государственным агентством NCEP (National Centers for Environmental Prediction, Национальные Центры для Предсказания Окружающей Среды), которое является структурным подразделением всесильного NOAA — Национального управления океанических и атмосферных исследований США.
GFS модель обновляется четыре раза в день. Разрешение (“сетка”) этой модели невелика: несмотря на то, что сама модель имеет разрешение 27-35 км, в GRIB файлах используется сетка в в 0.5 градуса (примерно 50км). (С 2015 года точность сетки увеличена в 2 раза — до 0.25 градуса, но сути модели это не меняет — Ф.Д.) У GFS несколько достоинств: во-первых, эти данные предоставляются американцами абсолютно бесплатно. Во вторых, прогнозы в GFS делаются аж на 384 часа вперёд. И, в-третьих, прогнозы этой модели покрывают весь земной шар!
Браузеры GRIB-файлов
Существует множество бесплатных или крайне недорогих программ, которые могут скачивать GRIB-файлы c данными модели GFS. Вам нужно только выбрать мышкой на карте интересующий вас регион, нажать кнопку “Download” — и у вас на руках оказывается подробная погодная карта заказанного региона. Самые популярные среди моих знакомых — это программы zyGRIB (Windows) и pocketGrib (Apple). Популярность также набирает погодный модуль к пакету Navionics for iPad.
Что выбрать? В принципе, все просматривалки “грибов” устроены примерно одинаково. Подведя мышь к интересующей вас точке, вы можете узнать в ней скорость ветра, высоту и направление волнения,температуру и другие параметры. Вы также можете прокручивать время на карте вперёд и назад, обычно с интервалом в 3 или 6 часов и наблюдать тенденцию развития погодных условий. Однако по богатству функциональных возможностей и количеству параметров которые можно отсматривать, с большим отрывом в моём личном рейтинге лидирует zyGRIB. Несмотря на некоторые сложности с установкой, эта программа идеально подходит для нужд яхтенного шкипера, планирующего переход.
Кроме программ-броузеров, загруженные GRIB-файлы можно подгружать в навигационные картографические программы, такие как MaxSea, Navionics for iPad/iPhone. Если в вашей программе есть маршрутный модуль, и вы знаете скоростные характеристики вашей яхты на разных курсах, то загрузив в свой навигационный софт свежие грибы, вы можете попробовать рассчитать оптимальный маршрут движения, с учётом полученного прогноза.
Давайте посмотрим как правильно пользоваться получаемыми в GRIB-файлах данными и делать из них выводы.
Скорость ветра
Многие простые просматривалки GRIB-файлов показывают скорость и направление ветра только в виде условных хвостатых стрелочек на карте. Это не очень удобно, поскольку в качестве стрелок показываются так называемые “средние” значения ветра (wind), и опускаются данные о скорости ветра на порывах (wind gusts). Более сложные программы, такие как, например zyGRIB, покажут, что среднее значение ветра в интересующей нас точке 15 узлов, но на порывах можно ждать до 25 узлов ветра. (Именно этим фактом объясняется добрая половина сообщений о неточных прогнозах и скорости ветра в GRIB-файлах: обращайте внимание на значения скорости ветра на порывах!)
Волнение
Новость последних двух лет: вместе с моделью GFS многие программы подгружают сразу данные волновой модели FNMOC-WW3. Сама по себе модель GFS не генерирует информации о том, что происходит с волнами, поэтому на основе её данных запускается дополнительная компьютерная модель. В модели есть информация как об остаточной зыби (swell), так и о ветровой волне (wind). Отдельным параметром идёт вероятность появления срывающихся гребней волн (whitecaps).
Как и в случае ветра, в информации о волнении нам интересна не только средняя высота волн, но и максимальная высота волн и их период. Также важен и период волны: чем меньше период волны, тем она круче. Например, безопасная океанская зыбь высотой в 2.5 метра будет иметь период порядка 10-12 секунд. С другой стороны, средиземноморская волна высотой 2.5 метра будет иметь период примерно 6-7 секунд — достаточно 2-3 часовой прогулки в бейдевинд при таких условиях, чтобы ваш экипаж запросился на берег.
При переходе в условиях открытого моря, обратите внимание на разницу направлений в которых идёт зыбь (swell) и ветровая волна. Не ждите ничего хорошего, если на старую зыбь под углом 90 градусов накладывается свежая ветровая волна высотой 1-2 метра — так называемый cross swell! Пока зыбь не уляжется, или не повернёт по ветру, вам обеспечена суровая болтанка.
Температура, влажность и “точка росы”
Многие шкиперы совершенно игнорируют эти дополнительные параметры, и зря. Если вы ходите в северных водах, то довольно быстро вам станет понятна на практике связь между появлением тумана и текущей разницей между температурой воздуха и точкой росы. Напомним, что туман возникает тогда, когда температура на уровне моря сравнивается с “точкой росы” и конденсация воды из пара начинается прямо на уровне моря. zyGRIB позволяет просматривать параметр dew point gap — разность между температурой и “точкой росы” и прогнозировать вероятность появления тумана на маршруте.
Весной и осенью температура воздуха ночью — важный фактор при принятии решения, идти или не идти в ночной переход. Иногда бывает лучше немного опоздать против графика, чем привезти в порт команду замороженных пингвинов, закутаных во всё теплое что есть на яхте и проклинающих парусный спорт.
Атмосферные фронты
Один из главных недостатков GRIB-файлов GFS модели: они не покажут вам как именно расположены фронты в проходящей через ваш регион фронтальной погодной системе — эта информация в GRIB-файлы не заложена — и, соответственно, они не учтут резкого усиления ветра при прохождении холодного фронта и связанных с ним грозовых (кучево-дождевых_ облаков. Иногда удаётся по резкому повороту ветра по часовой стрелке на погодной карте предугадать прохождение холодного фронта, но насколько интенсивным будет это прохождение — остаётся только гадать.
Для того чтобы увидеть как расположены в системе атмосферные фронты, используйте карты IAC fleetcode, которые можно загрузить в zyGRIB на текущий и на следующие дни, или скачивайте с сайтов NOAA и MetOffice “классические” карты с прогнозом погоды, которые предсказывают погоду вплоть до 120 часов вперёд. Фактичеcки, это та же карта что и в вашем браузере GRIB-ов, с нанёсенными на неё фронтами.
Важный параметр для анализа вероятности встречи с шквалами, смерчами и другими неприятными явлениями, которые несут нам грозовые облака является загружаемый в GRIB-файлах параметр CAPE — Convective Available Potential Energy. CAPE можно использовать как индикатор вертикальной нестабильности атмосферы и вероятности возникновения в интересующем нас регионе грозового облака.
Точность прогнозов
NCEP постоянно работает над улучшением прогнозов, получаемых при помощи GFS. Среди причин ошибок прогнозов называется масса факторов — недостаточная вычислительная мощность используемого американцами кластера супер-компьютеров, неверные данные, получаемые с сотен метеостанций всего мира, ошибок программирования и так далее. Тем не менее, факт остается фактом — GRIB-файлы с данными GFS моделей в некоторых случаях дают серьезные расхождения с реальной погодой, и сайты любителей метеорологии пестрят постами с заголовками типа “Why GFS forecasts are so crappy”
Сами авторы модели GFS пишут, что не стоит доверять прогнозам. полученным с её использованием на T+180, но для бытовых нужд обычного яхтсмена и 120 часов предлагаемых браузерами GRIB -файлов хватает с избытком. На практике, не стоит доверять прогнозам GFS выходящим за рамки 72х часов. Более того, если вы ориентируетесь на хотя бы 90% точность — не заглядывайте дальше 48 часов от точки расчёта прогноза.
GRIB-ы модели GFS во многом революционизировали прикладную метеорологию в яхтенном мире — теперь подробные метеоданные о силе ветра, температуре и осадках на следующие в любой точке мира стали доступны по одному щелчку мыши.
Наверное 90, если не 99% шкиперов в наши дни пользуются для получения прогнозов GRIB-файлами. Удобный интерфейс “смотрелок”, неплохая детализация, покрытие до 5 дней и полная бесплатность — казалось бы, GRIBы должны давно вытеснить все другие источники прогноза, из арсенала современного яхтсмена. Однако, многие шкиперы (и я в том числе) поверившие было в GRIB-файлы как в святой Грааль яхтенной метеорологии, были быстро разочарованы. GRIBы систематически врали, занижали показания ветра, игнорировали “зоны ускорения” и 40-узловые шквалы. Яхтенные учебники явно не поспевали за новыми тенденциями, и самые авторитетные мои знакомые шкипера и инструкторы не могли уверенно объяснить — как может врать точный, 24 часовой прогноз выданный не кем-нибудь, а самой главной на свете американской службой NOAA??
Преподавая курс метеорологии в парусной школе я в числе прочего всегда упоминал о том, что “грибам” не надо верить на 100%, что нужно использовать 2-3 ( а лучше 5!) источников погодной информации, но на вопрос “почему?” всегда придумывал какие-то обтекаемые ответы.
Разгадка забрезжила, когда я на личном опыте убедился, что по какой-то причине прогнозы хорватских и словенских синоптиков точно предсказывают антициклоническую бору — местное погодное явление, связанное с накоплением масс холодного воздуха за хребтом. В то же время GRIB-файлы полученные из программ GRIB.US и zyGRIB показывали лёгкие ветра и никакой боры. Та же история повторилась в Норвегии — сайт yr.no оказался в разы точнее GRIB-файлов.
Внимательное изучение сайтов метеорологических ведомств подтвердило догадку: бесплатные GRIB-файлы и метеоофисы публикуют информацию полученную разным способом. Так для меня открылся волшебный мир погодных математических моделей мезомасштаба, и результатами этого небольшого исследования я хотел бы поделиться с вами во второй части этой статьи.
Grib модель где используется
Погоду не выбирают. В отличие от прогнозов погоды. Но можно ли быть уверенным в их правоте? Еще совсем недавно все прогнозы были «макро» и уже поэтому заведомо неточными. Сегодня ситуация иная: к масштабу «макро» можно добавить «мезо» и «микро», чтобы получить объективную картину. Ведь это только в стихах у природы нет плохой погоды…
Текст Федора Дружинина
Тихая революция
Как много изменилось за последние 15 лет в мире морских метеопрогнозов!
1998 год. Финляндия. Мой первый поход на яхте Л-6 за границу. Капитан и старпом стоят у стенда в марине Котки, изучая факсимильную карту погоды, только что вывешенную менеджером марины. Загадочные кривые изолиний, жирные дуги фронтов и логарифмическая шкала скорости ветра в углу – все это выглядит для меня так же, как курс ядерной физики для неандертальца. Впрочем, и опытные яхтсмены явно испытывают проблемы: ясно, что на нас движется холодный фронт, но какой силы будет ветер, определить по карте сложно. В ход идет вывешенный рядом текстовый прогноз. Принято решение выходить, хотя перспективы на ветер очень туманные: от 4 до 6 баллов. Ясно одно: шторма не будет, и это уже хорошо. Во время перехода штурман внимательно следит за показанием барографа, не забывая заводить его, записывает в журнал изменения атмосферного давления, облачности и видимости. По изменению характера облачности и барической тенденции мы оцениваем происходящее в атмосфере – слава богу, все примерно совпадает с прогнозом…
Теперь все по-другому, и это результат нескольких тихих, но настоящих революций в метеорологии. Ушли в прошлое бумажные карты погоды, а вывешивание распечаток в офисах марин стало скорее традицией, чем необходимостью. Сначала в наиболее продвинутых странах, а затем и повсеместно свежие метеопрогнозы стали доступны в Интернете.
Обычным делом стало и получение погодной информации в GRIB-файлах – формате обмена данными о погоде между метеослужбами разных стран, который оказался удобен для получения информации в интересующем шкипера регионе, что экономило дорогой мобильный и спутниковый интернет.
GRIB (gridded binary) – это формат, который разрабатывался для обмена и хранения архивной погодной информации. С шагом в один или несколько часов он описывает изменяющиеся погодные условия в «узлах» заданной географической сетки. GRIB-файлы могут содержать информацию об атмосферном давлении, ветре, осадках, температуре, направлении и скорости течения, высоте волн, десятки других параметров.
Наверное, 90%, если не 99, шкиперов
в наши дни пользуются для получения прогнозов
GRIB-файлами.Удобный интерфейс, неплохая детализация, и платить не надо. Казалось бы, GRIBы должны вытеснить из арсенала яхтсмена все другие источники прогноза, однако многих шкиперов (и меня в том числе), поверивших было в GRIB-файлы, как в святой Грааль яхтенной метеорологии, вскоре постигло разочарование. GRIBы систематически занижали показания ветра, игнорировали «зоны ускорения» и 40-узловые шквалы. При этом яхтенные учебники не поспевали за новыми тенденциями, а самые авторитетные шкиперы и инструкторы не могли объяснить, как может врать 24-часовой прогноз, выданный не кем-нибудь, а Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США (NOAA)? Преподавая курс метеорологии в парусной школе, я в числе прочего всегда говорил, что «грибам» не надо верить на 100%, но на вопрос «Почему?» всегда придумывал какие-то обтекаемые ответы.
Разгадка забрезжила, когда я на личном опыте убедился, что по какой-то причине прогнозы хорватских и словенских синоптиков точно предсказывают антициклоническую бору, в то время как GRIB-файлы из программ GRIB.US и zyGRIB показывают лишь легкий ветер. Та же история повторилась в Норвегии: сайт yr.no оказался в разы точнее GRIB-файлов.
Внимательное изучение сайтов метеорологических ведомств привело меня к открытию мира погодных математических моделей, используемых в прикладной метеорологии и лежащих в основе получаемых яхтсменами прогнозов.
GFS и GRIB
Самой распространенной моделью, используемой в прикладной метеорологии и лежащей в основе получаемых яхтсменами прогнозов, является модель GFS. Собственно, данные, полученные по этой модели, вы и скачиваете из GRIB.US, zyGRIB или pocketGRIB.
GFS расшифровывается как Global Forecast System (Глобальная система прогнозирования). Эта метеорологическая модель создана американским государственным агентством NCEP (National Centers for Environmental Prediction), которое является подразделением всесильного NOAA.
GFS-модель обновляется четыре раза в день (00:00, 06:00, 12:00 и 18:00 UTC). Разрешение (сетка) этой модели невелика: хотя сама модель имеет разрешение 27–35 км, в GRIB-файлах используется сетка в 0.5 градуса (примерно 50 км).
У GFS несколько достоинств: во-первых, эти данные предоставляются американцами бесплатно. Во-вторых, прогнозы в GFS делаются аж на 384 часа вперед. В-третьих, прогнозы этой модели покрывают весь земной шар.
Существует множество бесплатных и недорогих программ, которые могут скачивать GRIB-файлы
с данными модели GFS.Нужно лишь выбрать мышкой на карте интересующий вас регион, нажать кнопку Download – и у вас на руках подробный прогноз погоды.
Популярные браузеры – программы zyGRIB (Windows) и pocket GRIB (Apple). Набирает популярность и погодный модуль к пакету Navionics for iPad. Что выбрать? В принципе все «просматривающие» программы устроены примерно одинаково. Подводя мышь к интересующей вас точке, вы можете узнать скорость ветра, высоту волн, температуру, другие параметры. Также можно прокручивать время на карте вперед и назад (обычно с интервалом в 3 или 6 часов), наблюдая за развитием погодных условий. Заметим к месту, что, кроме программ-браузеров загруженные GRIB-файлы можно подгружать в навигационные картографические программы, такие как MaxSea, Navionics for iPad/iPhone.
Немного науки
Глобальные изменения погоды в крупном масштабе – над целыми странами и континентами – во многом зависят от горизонтальной циркуляции воздуха в атмосфере. Циклоны, антициклоны, фронты – все это явления синоптического или макромасштаба.
В среднем масштабе, или мезомасштабе, помимо циркуляции воздуха на погоду существенно влияет рельеф земной поверхности. Кроме того, ее изменения в значительной мере обусловлены воздействием вертикальных движений воздуха – конвекцией. Образование морских бризов, катабатические ветры (бора) – это явления мезомасштаба.
Наконец, в микромасштабе изменения погоды связаны с разнообразием местных ландшафтов и даже с влиянием человека: городская застройка, вырубка леса и т. п.
Еще в 1904 году норвежский физик и метеоролог Виильгельм Бьеркнес указал, что для описания атмосферных процессов можно использовать систему из 7 уравнений гидротермодинамики с 7 неизвестными. Решение этой системы уравнений для построения модели атмосферы составляет суть метода числового прогнозирования.
Так называемая квазигидростатическая модель атмосферы требует шага сетки модели более 10 км, что позволяет вносить существенные упрощения в систему уравнений.
С этими упрощениями можно рассчитывать модели макромасштаба, к которым можно отнести модель GFS. Но если шаг менее 10 км, то систему уравнений необходимо использовать без упрощений, и в этом случае модель атмосферы принято называть негидростатической. Для таких вычислений требуется большая компьютерная мощность и подробные топографические карты местности.
В конце XX века мощность компьютеров наконец-то достигла пределов, когда появилась возможность оперативно создавать негидростатические модели. Соответственно стали доступны мезомасштабные прогнозы для отдельно взятого региона. Вплоть до шага в 300 метров и такой деталировкой, как усиление ветра у мысов, заходы ветра у берега… Понятно, что такими подсказками не замедлили воспользоваться профессиональные гонщики, скажем, America’s Cup.
Макро- и мезомасштаб
Итак, системы прогнозов в макромасштабе дают представление, как будет развиваться погода с точки зрения глобальных процессов. Среди этих систем модель GFS, европейская модель ECMWF, российская СМ и некоторые другие. Именно эти системы используются для составления знакомых всем, кто изучал яхтенную метеорологию, синоптических карт с дугами фронтов и лабиринтами изобар. Использование карт и GRIB-файлов с данными макромасштаба целесообразно, когда надо ознакомиться с общими тенденциями развития погоды на следующие несколько дней.
Системы прогнозирования мезомасштаба используют более точные региональные модели и способны предсказывать местные явления, которые проскакивают между пальцев глобальных прогнозов. За это приходится платить существенным сокращением срока прогнозирования, обычно мезомасштабные прогнозы даются на ближайшие 48 часов.
Каждая уважающая себя морская держава в наши дни делает свои оперативные региональные прогнозы. Из наиболее доступных яхтсменам можно выделить следующие
ALADIN (Aire Limitée Adaptation dynamique Développement InterNational)
В основу ALADIN легли разработки метеослужбы Франции и метеоцентров Центральной Европы, таких как Австрия, Венгрия, Румыния, Словения, Чехия и Хорватия. Центральный офис группы находится в Праге. Оперативные прогнозы ALADIN доступны с сайтов метеослужб каждой из стран – участниц проекта. Наиболее ценным для яхтсменов является сайт prognoza.hr, который с хорошей степенью точности и с хорошим разрешением предсказывает метеоявления в Адриатике. К сожалению, все данные представлены на сайте в виде метеорологических карт – GRIB-файлы широкой публике не предоставляются.HIRLAM (High Resolution Limited Area Model)
Это совместная разработка метеослужб скандинавских стран и Испании. Группа HIRLAM тесно сотрудничает с ALADIN с целью создания мезомодели нового поколения HARMONIE. Метеоданные HIRLAM доступны с десятков сайтов. Ирландия, Испания, Норвегия и многие другие страны дают свои краткосрочные прогнозы, используя именно эту модель.
Особый интерес представляет сайт yr.no (http://om.yr.no/verdata/grib,/), на котором можно скачать GRIBы для Северного моря, Скагеррака, Осло-фьорда и берегов Норвегии. Жемчужина коллекции – GRIB для Северной Европы, содержащий погодные данные с сеткой в 10 км. Но осторожно: его размер – 13Мб – и плотная сетка данных может привести популярную программу zyGRIB на нетбуке в состояние, близкое к полному зависанию.Сайт aemet.es (http://www.puertos.es/oceanografia_y_meteorologia/redes_de_medida/index.html)
может оказаться полезным, например, собирающимся на Канары или в прибрежные воды Испании: ни погодных карт, ни GRIB-файлов на нем нет, но есть полученный при помощи HIRLAM прогноз для основных портов и некоторых промежуточных точек на побережье.Итальянский сайт Consorzio LaMMA (http://www.lamma.rete.toscana.it/meteo/modelli/vento-e-mare)
Это онлайн-отображение мезомасштабной модели WRF, американской мезомасштабной модели, которую используют для своих прогнозов многие погодные службы Европы. Фактически LaMMA дает бесплатно тот же прогноз, что и другой популярный, но платный сайт previmeteo360.comПрогноз в «облаках»
Придирчивый читатель, наверное, уже кривит губы: ну и что нового? Все опытные яхтсмены знают, что GRIBы врут, что нужно пользоваться местными прогнозами и что prognoza.hr хорошо предсказывает бору. О чем статья-то?
Отвечаю – о переменах. Если вы не жили последние два года в каменной пещере, высекая обсидиановым топором лодку-долбленку, то наверняка хотя бы краем уха слышали термин cloud computing, или «облачные системы». Не слышали? Тогда мы живем с вами в соседних пещерах, потому что я тоже пропустил эту очередную революцию в мире компьютеров и тесно связанным с ним миром метеорологии.
Если вкратце, то суть в том, что ураганными темпами стали развиваться услуги предоставления через Интернет вычислительной мощности по запросу пользователя. До свидания, привычный «майкрософт офис», теперь все приложения могут жить где-то в «облаке» – гигантской компьютерной «ферме», расположенной неизвестно где – то ли в США, то ли в Таджикистане. Впрочем, вам все равно, где расположен сервер. Вам вполне хватает того, что где бы вы ни были, вы имеете доступ к своему приложению через обычный интернет-браузер.
Развитие «облачных» систем привело к созданию гигантских серверных центров, и вот одно из следствий этого: чтобы посчитать прогноз погоды, уже не нужно строить суперкомпьютер или серверный кластер, достаточно зайти на сайт «облачного хостинга», заплатить несколько долларов кредиткой, и в вашем распоряжении – мощности, достаточные, чтобы посчитать прогноз на сегодня для вашего любимого города.
Мы оказались в эпохе, когда любой студент-программист может взять бесплатную программу, скачать с американского сайта USGS.gov топографическую карту, купить машинное время в «облачной системе» и начать делать свои собственные прогнозы погоды.
Фирмы, предоставляющие услуги метеопрогнозов на заказ, не могли не отреагировать на такие перемены. Сразу несколько компаний выступили с предложением за вполне умеренные деньги рассчитать прогноз на интересующий вас регион с сеткой 4 км (!) или даже точнее.
О чем нужно помнить, заказывая оперативный прогноз мезомасштаба? О том, что одну и ту же модель разные синоптики могут настроить совершенно по-разному и получить, само собой, разные прогнозы. Метеорология все еще остается наукой, и точность прогнозов зависит не только от компьютера, но и от квалификации метеоролога, вводящего данные и интерпретирующего результаты. Более того, в зависимости от интересующих параметров модель может быть «заточена» на прогноз температуры в ущерб, например, скорости ветра. Поэтому внимательно подходите к вопросу выбора поставщика прогнозов и отдавайте предпочтение тем сервисам, которые успели хорошо зарекомендовать себя применительно именно к яхтингу. И чего точно не стоит делать, так это не бросаться в другую крайность и начинать опираться только на полученный за 5 долларов индивидуальный прогноз. Бывает, что ошибаются даже суперкомпьютеры.
«Грибной» суп
Сегодня в Интернете можно найти десятки, если не сотни сайтов, предлагающих платные и бесплатные прогнозы. Из популярных платных сервисов, не вошедших в наш обзор, упомянем следующие: previmeteo360.com, хорошо известный серферам www.windguru.cz в режиме WindGuru «Pro», сайт «Грибы на заказ» – http://www.gribfiles.com.
Получив тот или иной прогноз, обязательно посмотрите, на какой модели он базируется, прежде чем сравнивать его с другими прогнозами. Один мой знакомый утверждал, что сайт passageweather.com точнее и правильнее предсказывает погоду, чем GRIB-файлы, полученные через GRIB.US. Спор завершило сравнение скромной надписи в углу погодной карты passageweather с описанием полученного GRIB-файла: оба источника содержали данные, рассчитанные по одной и той же модели GFS. Неприятным открытием для моего приятеля стало также то, что примерно 80% сайтов, рисующих погодные карты и дающих прогнозы по городам и странам, также «выдергивают» эти данные из модели GFS, совершенно пренебрегая чуть менее доступными, но более точными мезомасштабными моделями.
Формируя свой «портфель прогнозов» перед отправлением в дальний поход или на регату, постарайтесь включить в него 3–5 источников, использующих разные модели. Например, «портфель» автора этих строк на Адриатику на следующую весну выглядит так:
– GRIB-файлы модели GFS (для общей картины);
– профессиональная модель predictwind.com (MM5/WRF);
– windguru «PRO» (WRF);
– prognoza.hr (ALADIN);
– GRIB-файлы yr.no (HIRLAM).
Переход Гибралтар-Канары я планировал, используя:
– GRIB-файлы модели GFS;
– модели GFS и CMC в predictwind.com;
– сайт aemet.es;
– текстовые GMDSS прогнозы, содержащие предсказания о перемещении центра тропического шторма к западу от Канар.
Перебор, скажете вы? Возможно. Если вы не гоняетесь или не скованы рамками сроков перегона яхты, вам будет достаточно бесплатных GRIB-файлов и местного прогноза prognoza.hr. Тем не менее опыт моих знакомых яхтсменов, попробовавших платные сервисы, говорит, что отказываться от них они не собираются, ведь к хорошему так быстро привыкаешь!
Мезомасштаб на всю планету
Среди мезомасштабных прогнозов с точки зрения доступности по ценам и удобству интерфейса первое место (в личном рейтинге автора статьи) держит сайт predictwind.com. Сайт предлагает не одну, а сразу 4 модели: старую добрую GFS, канадскую GMC и инициализированные данными GFS и GMC мезомасштабные расчеты.
Гоночные – однокилометровая и 4-километровая – сетки модели predictwind требуют для расчета значительных компьютерных ресурсов, поэтому до тех пор, пока сайт не получит достаточного количества заявок, нам не увидеть таких сеток на Финский залив и Онежское озеро. Создатели сайта попросили автора этой статьи передать всем заинтересованным российским яхтсменам, что если они хотят увидеть расчет подробной модели для своего региона, им достаточно зарегистрироваться на сайте и оставить заявку, кликнув в нужном месте погодной карты. Расчет прогноза начинается, когда оператор видит, что в каком-то регионе имеется достаточное количество потенциальных пользователей, – это является основанием для оправдания необходимого расхода «облачного» времени.
В апреле 2012 года я связался с основателем сайта Джоном Билджером и попросил его предоставить мне доступ к платным услугам сайта для всестороннего тестирования. Создатели сайта любезно согласились предоставить нам доступ к профессиональной модели с сеткой в 1 км на период испытаний.
В течение сезона 2012 года мы тестировали прогнозы сайта predictwind в морских походах у атлантического побережья Франции, у Канарских островов, в Черногории, в прибрежных плаваниях по Балтике.
Сайт хорошо показал себя в дальних переходах. Например, на этапе Мессина (Италия) – Бар (Черногория) модель GFS и текстовый прогноз итальянской метеослужбы предупреждали о встречном 7-балльном ветре от северо-востока в Ионическом море. Однако анализ прогноза predictwind показал, что под самым берегом нас ждет более слабый ветер, до 4 баллов от севера. Этот прогноз полностью оправдался и позволил нам прийти в порт назначения вовремя.
На переходе Кальяри-Майорка в августе мы использовали predictwind для оценки силы «мистраля» – северный шторм сбил наш график перехода, и мы ждали момента, когда сможем выйти в море. GRIB-файлы модели GFS показывали в открытом море умеренный ветер до 20 узлов, однако predictwind предупреждал нас о 3–4-метровой волне и ветре в 25–28 узлов с порывами до 35. Мы поверили модели мезомасштаба и задержались на 8 часов. Только выйдя из-за ветровой тени Сардинии, стало понятно, насколько верным было это решение: в море дул ослабевающий, но устойчивый ветер в 23–25 узлов и высота волны показывала, что если бы мы поверили модели GFS, то нас ждал бы бейдевинд против 7-балльного ветра и соответствующей волны.
Не обошлось и без курьезов. На весенней регате в Хорватии мы лидировали в гонке Каштела–Трогир. Доверившись километровой модели, я ушел «в берег» и там, заштилев, наблюдал, как соперники, ушедшие мористее, несутся на всех парусах к финишу.
По результатам тестирования я снова связался с Джоном Билджером и задал ему несколько недоуменных вопросов. Ответ был обескураживающим: в слабый ветер ни одна существующая модель не может с точностью предсказать силу и направление ветра. Модель может показать, например, формирование кучевого облака и усиление ветра рядом с ним, а в реальности облако сформируется левее или правее… Если говорить о сетке менее километра, которая могла бы дать более точный результат, то для ее расчета потребуются несоизмеримо большие компьютерные мощности, и стоимость прогноза будет крайне высокой. «Но это же хорош, – утешил меня Джон. – Что бы стало с парусным спортом, если бы наш айфон мог предупреждать нас о следующем порыве, с точностью предугадывая силу и направление захода ветра?»Увидеть и понять
Те просмотровые программы GRIB-файлов, что попроще, показывают скорость и направление ветра только в виде условных хвостатых стрелочек на карте. Это не очень удобно, поскольку в качестве стрелок показываются средние значения ветра (wind) и опускаются данные о скорости ветра на порывах (wind gusts). Более сложные программы, такие как, например, zyGRIB, покажут, что среднее значение ветра в интересующей нас точке 15 узлов, но на порывах можно ждать 25 узлов.
В последнее время вместе с моделью GFS многие программы подгружают данные о волнении – волновой модели FNMOC-WW3. Сама по себе модель GFS не генерирует информацию о том, что происходит с волнами, поэтому на основе ее данных запускается дополнительная компьютерная модель. В ней есть информация как об остаточной зыби (swell), так и о ветровой волне (wind), отдельным параметром идет вероятность появления срывающихся гребней волн (whitecaps). Как и в случае с ветром, в информации о волнении нам интересна не только средняя высота волн, но и максимальная высота волн и их период. Также важен и период волны: чем он меньше, тем волна круче. Например, безопасная океанская зыбь высотой в 2,5 метра будет иметь период порядка 10–12 секунд. А средиземноморская волна той же высоты с периодом примерно 6–7 секунд может превратить двухчасовую прогулку в бейдевинд в тяжкое испытание.
Многие шкиперы напрасно игнорируют дополнительные параметры, содержащиеся в GRIB-файлах, такие как температура, влажность и точка росы. Если вы ходите в северных водах, то вам быстро станет понятна связь между появлением тумана и текущей разницей между температурой воздуха и точкой росы. Туман возникает, когда температура на уровне моря сравнивается с точкой росы и конденсация воды из пара начинается прямо на уровне моря. zyGRIB позволяет просматривать параметр dew point gap – разность между температурой и точкой росы и прогнозировать вероятность появления тумана на маршруте.
Если говорить о недостатках GRIB-файлов GFS модели, то один из главных – они не покажут, как расположены фронты в проходящей через ваш регион фронтальной погодной системе. Такая информация в GRIB-файлы не заложена, соответственно они не учтут и резкого усиления ветра при прохождении холодного фронта. Иногда, правда, удается по резкому повороту ветра по часовой стрелке на погодной карте предугадать прохождение фронта, но насколько интенсивным будет это прохождение, остается только гадать. Для того чтобы увидеть, как расположены атмосферные фронты, используйте карты IAC fleetcode, которые можно загрузить в zyGRIB на текущий и на следующий дни, или скачивайте с сайтов NOAA и MetOffice «классические» карты с прогнозом погоды.
Авторы модели GFS честно предупреждают, что не стоит излишне доверять долгосрочным прогнозам, и постоянно работают над улучшением их качества. Что касается причин ошибок в прогнозировании, то чаще всего называются неверные данные, получаемые с сотен метеостанций, погрешности программирования и недостаточная мощность суперкомпьютеров. Самое же неприятное ограничение, накладываемое GFS, – это пресловутая сетка в 30 миль. Во многом из-за нее GFS плохо учитывает такие «милые» местные явления, как бора, зоны ускорения ветра у мысов и между островами, грозы и шквалы. Если вам доводилось хотя бы раз столкнуться с адриатической борой в 40 узлов при стабильном прогнозе на 10–15 узлов в GFS, вы понимаете, о чем я. Зато если вы больше доверяли прогнозам местных метеослужб, то подобной встречи вы могли и избежать…Сокращенный вариант. Опубликовано в Yacht Russia №1-2 (49), 2013 г.