Наукастинг — это сверхкраткосрочный прогноз, на 2–5 часов вперёд.
И снова про наукастинг
- Читайте также
- Что сейчас на улице
- 10 самых точных сайтов прогноза погоды
- Как менялась Яндекс.Погода: от виджета до погодных карт
- У вас отключён JavaScript
В Росгидромете назвали точную дату наступления весны
| Синоптики: на Москву за сутки выпадет 30% месячной нормы осадков - Погода | Решение задачи наукастинга осадков, как правило, сводится к прогнозированию следующе-го кадра видеопоследовательности, а входными данными становится серия из более чем двух последовательных изображений, что позволяет более точно моделировать нелинейные. |
| А можно поточнее? Как делается прогноз погоды и можно ли его улучшить? | Наукастинг (nowcasting) и сверхкраткосрочные прогнозы погоды очень важны. |
Карты погоды в Спутнике
Наукастинг представляет собой детализированный прогноз погоды на ближайшие время (до 2-6 часов), основанный на численном решении системы уравнений гидротермодинамики с учетом процессов в атмосфере. Прогноз осадков на 2 часа (наукастинг). Согласно прогнозу, который озвучил ведущий специалист центра погоды «Фобос» Евгений Тишковец, первый весенний месяц будет холодным – усилятся морозы, будет идти снег. Главная» Новости» Гидрометцентр наукастинг. Наукастинг представляет собой детализированный прогноз погоды на ближайшие время (до 2-6 часов), основанный на численном решении системы уравнений гидротермодинамики с учетом процессов в атмосфере. Нейросетевые методы наукастинга осадков: обзор и апробация существующих решений.
А можно поточнее? Как делается прогноз погоды и можно ли его улучшить?
| рПЗПДБ Ч НЙТЕ | это.> Анимация текущих данных радарных наблюдений. |
| В Москве за полтора часа выпала треть месячной нормы осадков - | Новости | Главная» Новости» Гидрометцентр наукастинг. |
| АИИС «МетеоТрасса» для автодорог — IRAM Dev | Прогноз осадков на 2 часа (наукастинг). По данным центра «ФОБОС», Ленобласть находится под воздействием активного атлантического циклона, центр которого выходит в акваторию Ботнического залива. |
| ГИДРОМЕТЦЕНТР РОССИИ: О ПОГОДЕ - ИЗ ПЕРВЫХ РУК | Сегодня Всемирная метеорологическая организация считает наукастингом прогноз на два часа вперёд. |
| Арбат, Москва | Доля точно предсказанных случаев начала дождя — это отношение количества правильно предсказанных случаев начала первого дождя на рассматриваемом окне в два часа ко всем случаям начала первого дождя на двухчасовых окнах. |
Как мы делали краткосрочный прогноз осадков. Лекция в Яндексе
Это очень много. А это очень важно. Когда на удалении сначала прогнозируешь, а затем при перемещении видишь, совпадают или не совпадают расчеты с фактом, можно изменить модель, увидеть, в чем ее несоответствие. Кроме того, эту систему будут разрабатывать не "вообще", а конкретно для Москвы. Получив хороший результат мы очень надеемся на это , можно будет транслировать этот опыт на другие города-миллионники.
Конфигурация зданий, улиц, отражение солнечных лучей от крыш домов — все это влияет на атмосферные процессы в городе. В той или иной ситуации, скажем, когда воздушные массы перемещаются с севера или с юга, совершенно по-разному могут развиваться события: либо будет интенсификация опасных явлений, либо, наоборот, структура города будет препятствовать воздушному потоку, энергия будет рассеиваться. Есть кустарники, деревья, в которых происходят свои процессы. Все эти многочисленные факторы нужно описать в модели.
Я встречался много раз с тем, что люди считают, что воздух нагревается от солнца. Это глубокое заблуждение. Солнечные лучи падают на подстилающую поверхность, нагревают землю, почву, и за счет турбулентности, за счет конвекции это тепло передается в атмосферу. В городе, где много зданий, не только подстилающая поверхность нагревается, но и стены домов.
В том числе и изнутри. Создается дополнительная тепловая энергия, которая трансформируется в кинетическую энергию. Поэтому если наблюдаются условия для быстрого перемещения воздушных масс вверх, то в городе, как правило, этот процесс усугубляется. Нормальные процессы становятся опасными.
Мы предполагаем, что будет функционировать прогностическая модель с шагом менее 1 км. В результате интегрирования уравнения мы будем выпускать прогнозы с шагом в 1 км, но процессы, которые мы будем описывать, будут характерны для описания с масштабом 6—8 км. Это тоже очень здорово: в районе действия такой-то управы ожидается дождь, а где-нибудь в 10 км другая управа, там дождя не ожидается. Именно это и происходит в крупном городе.
Нужно проводить вычислительные эксперименты, установить эти приборы — очень многое нужно сделать. С момента подписания договора два года должно пройти минимум. За 10—12 часов, если возникают условия для процессов, которые создают сложности для жизни жителей, для функционирования транспорта, строительства, высотных работ. Иногда за час-два прогнозы будут выпускаться.
Тут ничего удивительного нет и не должно быть, потому что в условиях города создаются сложные условия, которые невозможно заранее просчитать. И только вот за час-два модель может показать, а синоптик проанализировать и понять, что возникает очень сложная ситуация. Нужно понимать, что каждая минута — это спасенные жизни. Невозможно спасти имущество, но сохранить человеческую жизнь — да, возможно Средняя заблаговременность прогнозов торнадо в США составляет 19 минут.
Это большой успех, потому что в начале 2000-х годов она составляла шесть минут. Невозможно спасти имущество, но сохранить человеческую жизнь — да, возможно. В атмосфере такие быстро развивающиеся процессы в ряде районов существуют и повторяются часто. К большому счастью, у нас не торнадоопасный регион.
Но все-таки смерчи бывают. А шквалы? Предупреждение об этом позволяет сохранить жизни.
В результате оправдываемость прогнозов составила 93,8 процента, за год показатель снизился на 0,7 процента. Всего в стране за год было зафиксировано 907 опасных явлений, из которых 378 нанесли значительный ущерб отраслям экономики и жизнедеятельности населения. В основном это сильные морозы, дожди и ветер, а также крупный град. Росгидромет спрогнозировал и выпустил предупреждение о 1850 штормовых предупреждениях.
Они имели предсказуемость от нескольких часов до нескольких суток. Но оправдываемость таких прогнозов составляет 94 процента. Для того чтобы московский ураган и ураганы в других городах центра страны, которые привели к человеческим жертвам, стали предсказуемым явлением, этот показатель должен быть существенно улучшен. В ближайший год Росгидромет собирается улучшить качество таких прогнозов на 4 процента в основном за счет повышения качества получаемых данных и совершенствования моделей их обработки. На высоком уровне сохраняется качество краткосрочных прогнозов службы - 96,6 процента.
На притоках Костромы уровень воды снижается на 3-17 см. В бассейне Унжи на р. Унжа у г. Кологрив уровень снизился на 39 см; у г. Макарьев — снижение на 21 см. На притоках Унжи рр. Нея, Вига и Межа продолжается снижение уровня на спаде половодья на 13-60 см. На Ветлуге у с. Кажирово продолжился рост уровня на 3 см , максимальная отметка на 1 см выше многолетней нормы. Ниже по течению р. Ветлуга у с. Михайловицы уровень снизился еще на 2 см. Продолжается медленный рост уровня воды на 2 см на р. Ветлуга у г. Шарья, а на притоках рр. Вохма и Нея — снижение уровня на 7-9 см. Молога у пгт Максатиха д. Фабрика — глубина затопления от 15 см —8 см за сутки ; р. Макарьев — глубина затопления от 62 см —21 см за сутки ; р. Михайловицы — глубина затопления от 56 см -2 см за сутки ; р. Вохма у с. Тихон — глубина затопления от 2 см -8 см за сутки ; р. Вохма у д. Гробовщино — глубина затопления от 83 см -7 см за сутки ; р. Нея у пгт Поназырево — глубина затопления от 155 см —9 см за сутки. В ближайшие сутки продолжится снижение уровня на р. В ближайшие 1-3 суток пик половодья пройдет на р. Кажирово и г. Шарья, освободится от воды пойма р.
Обновленная карта осадков будет полезна и бизнесу: например, ресторанам или службам доставки, загрузка которых зависит, в том числе, от погоды. На карте они могут увидеть, как будет меняться ситуация. Так, если вечером начнется снегопад, понадобится больше курьеров для доставки еды на дом. И наконец, за картой осадков просто интересно наблюдать: тучи иногда принимают такие причудливые формы.
осадки в Европе
Цветные осадки: дождь с песком придет на Южный Урал 26 апреля 2024, 13:53 Осадки с небольшим содержанием песка придут в Челябинскую область 27 апреля в Челябинской области ожидаются дожди подверженные влиянию пыли из пустыни Сахара. В нескольких регионах, в том числе на Южном Урале, 27 апреля прогнозируют дожди, подверженные влиянию пыли из пустыни Сахара. В некоторых регионах России уже прошли оранжевые дожди.
В России радиолокаторы установлены в наиболее населенных и интересных с метеорологической точки зрения регионах. Рэй Курцвейл: «В ближайшие 10 лет мы начнем печатать себе одежду дома» Мнения Ранее «Хайтек» писал о портативно детекторе погоды — разработке компании BloomSky. Детектор умеет измерять температуру, влажность, атмосферное давление и количество осадков и показывать актуальные изображения окружающих погодных условий каждые пять минут, а затем собрать их в time-lapse. Читайте также.
Чтобы отрисовать красивые анимированные карты, компьютеры ежесекундно производят огромное количество математических операций, сопоставляя данные о прогнозе с картой. Так выглядит карта ветров в Яндекс. Погоде Так выглядит карта ветров в Яндекс. Погоде В 2018 году мы прошли ещё один важный этап в развитии гиперлокального прогноза: добавили в алгоритм расчёта данные со спутниковых снимков, эта технология получила название спутникового наукастинга. Снимки со спутников позволили повысить точность прогноза в зонах со слабым радарным покрытием и снизили зависимость прогноза от радиолокаторов, которые иногда выходят из строя. Самым сложным оказалось вывести данные с радаров и спутников на одной карте, ведь нужно было согласовать их по времени и правильно склеить. С этой задачей помогла нейросеть — благодаря хитрой склейке на карте незаметны границы зон действия радаров и нет резких изменений областей осадков на стыках радаров и спутника. Они позволяют строить точные прогнозы, но у каждого из них есть недостаток: станций не так много, у радаров есть погрешности из-за рельефа местности, зданий и птиц, а спутники висят над экватором, поэтому высокие широты, где и находится Россия, на снимках не очень хорошо видны.
Выход есть: можно попросить людей рассказывать нам о погоде. Возможно, вы видели в Яндекс. Погоде вопрос типа «На улице дождь?
Температура воздуха предстоящей ночью плюс 4-9, при прояснении — до минус 1, днем 27 апреля — плюс 18-23. Самым жарким днем станет воскресенье. Ночью 28 апреля ожидается плюс 10-15, преимущественно без осадков. Днем плюс 22-27, на севере местами кратковременные дожди, грозы.
Новая карта осадков в «Яндекс погоде» — с прогнозом на сутки вперед
График среднего IoU от дальности предсказанного кадра по времени Для расчёта optical flow мы использовали Dense Inverse Search с константным вектором переноса на графике показан лучший из полученных вариантов , который лучше всего себя показал среди других optical flow алгоритмов для задачи наукастинга и в наших экспериментах, и в экспериментах коллег. Из графика видно, что optical flow лучше нейросеток только на первой десятиминутке. Потом его предсказания начинают сильно деградировать, и на втором часе он проигрывает всем вариантам. Помимо этого, возвращение нейросетевой архитектуры даёт возможность и дальше улучшать качество прогноза осадков, так как позволяет дополнительно учитывать фичи, которые потенциально помогают прогнозировать внезапное возникновение или исчезновение зон с осадками, тогда как подход, основанный на optical flow, позволяет только передвигать их по вектору переноса. Склейка радарных и спутниковых снимков В прошлый раз мы рассказали, как расширили зону наукастинга за пределы мест установки метеорологических радаров за счёт использования спутниковых снимков. Напомним, что мы использовали нейронные сети для восстановления радарных полей по спутниковым снимкам. В этом случае наша модель по качеству была близка к самим радарам, но так как спутники и радары по факту различаются по способу измерения осадков, то возможно неполное совпадение областей дождя между ними. Поэтому нередко нам справедливо указывали на резкие границы между зоной радарного и спутникового наукаста. Мы использовали нейросети для решения и этой задачи — аккуратного перехода из одной зоны в другую, чтобы карта осадков выглядела более реалистично, а границы были менее заметны для пользователей. Перед тем как показывать прогнозы на единой карте, необходимо согласовать изображения с метеорологических радаров и геостационарных спутников.
Это необходимо, чтобы избежать границ вокруг зоны действия радаров и резких изменений областей осадков на стыках радаров и спутника. Наша идея заключается в том, что мы делаем хитрую нейросетевую склейку на стыках изображений. Рисунок 5. Пример работы алгоритма из оригинальной статьи «Image Inpainting for Irregular Holes Using Partial Convolutions» Наглядный пример работы алгоритма, который дорисовывает недостающие части, можно посмотреть на рисунке выше, а также на этом видео. Только вместо дорисовывания изображения на закрашенной области мы создаём маску на границе радар — спутник, где пробуем восстановить переход осадков между соседними зонами. Решение этой задачи состоит из двух шагов: Выполняется альфа-смешивание радарных и спутниковых изображений — получается постепенный переход от спутника к радару.
Думаю, что со следующего года в Московском регионе, да и не только в Московском, в Центральном федеральном округе эта система заработает. Какие явления можно будет прогнозировать? Вряд ли речь идет о температуре, она не меняется так резко за пару часов. Наверное, это грозы, ливни? Но в первую очередь, конечно, оценивается риск таких опасных явлений, как очень сильный дождь, сильнейшая гроза, ливень, когда за час выпадает более 30 - 50 мм осадков, что приводит к коллапсу на дорогах. Ливневка не может справиться с таким количеством осадков. Машины останавливаются. Во Франции гроза считается одним из самых опасных явлений, особенно сухая гроза, приводящая к возгоранию лесов. Снегопады с использованием наукастинга на самом деле мы надежно прогнозируем уже сегодня. Вообще зимой люди могут чувствовать себя спокойнее, о зимних ненастьях синоптики предупреждают заблаговременно. Что потребуется для того, чтобы отладить систему краткосрочного прогнозирования не в "пилотном" режиме, а на постоянной основе? Серьезные финансовые вложения? Роман Вильфанд: В Центральном регионе радаров и остальных приборов хоть и не избыточно, но в первом приближении достаточно. Наши ожидания связаны с тем, что в результате реализации проекта модернизации Росгидромета в 2017 году у нас появится суперкомпьютер, совершенно отличающийся по своим ресурсам от того суперкомпьютера, который был установлен в 2009 году. Это совершенно другой класс центрального вычислителя. Уравнения прогноза погоды наиболее сложны для численного интегрирования. И для того чтобы как можно более точно дать прогноз погоды, требуется невероятная вычислительная мощь. С появлением нового суперкомпьютера мы уже сможем выпускать прогнозы с шагом два километра по всей Европейской территории России. Для вас будет удивительно, но описывать процессы глобального масштаба по всему земному шару проще, чем, например, метеорологическую ситуацию в Москве. Влияние домов на атмосферные процессы, отражающая способность асфальта, крыш домов и травяного покрова, неоднородность по пространству турбулентных процессов создают совершенно удивительные эффекты, влияющие на погоду. Сначала нужно научиться адекватно описывать их в рамках научных исследований, а затем, я надеюсь, эти сложные прогностические модели перейдут и в оперативную практику. Кроме этого развиваются модели переноса загрязняющих веществ. К примеру, куда будет перемещаться аммиак в случае нештатной ситуации. Или дым от лесных пожаров. На вашем сайте есть карта предупреждения об опасных метеоявлениях. Как по ней людям понять, что они находятся в опасной зоне? Роман Вильфанд: У нас два года существует система метеопредупреждения. И нам бы хотелось, чтобы, как в Европе, человек начинал утро с того, что заходил на сайт и смотрел, есть ли сегодня метеорологическая опасность. Сама система достаточно проста. На нашем сайте есть карта, на которой территории страны окрашиваются одним из пяти цветов. Белый и желтый - безопасные цвета. Они означают, что данных нет или нет предупреждений об опасных метеоявлениях соответственно. Зеленый - существует потенциальная опасность, если она будет развиваться, о ней поступят дополнительные сообщения. Оранжевый - погода опасна, имеется вероятность стихийных бедствий, нанесения ущерба. А красный - погода очень опасная, имеется вероятность крупных разрушений и катастроф.
Прогноз погоды для отдельных районов города Это особенно актуально для жителей мегаполисов. Часто случается, что погода на окраинах и в центре сильно различается. Карта погоды с вероятностью осадков Чтобы понять, будет ли дождь в вашем районе и когда, можно проанализировать карту: куда движутся воздушные массы и дождевые тучи. Сотрудничество сервиса с госструктурами Некоторые сервисы сообщают данные разным ведомствам: военным, аэропортам и другим. Как правило, требования к таким прогнозам гораздо выше. После того как вы найдете подходящий для себя сервис, рекомендуем установить его приложение на смартфон — так прогноз погоды всегда будет у вас под рукой.
Это доплеровские радиолокационные станции, которые позволяют определять координаты выпадения осадков, направления их движения и их тип. Расположение радаров на территории Росси приведено ниже взято отсюда Как видно, в основном они располагаются в Европейской части России. Все что дальше Урала - естественно, будет работать плохо. Поэтому для этих территорий применяют модели численного прогноза погоды вместо радаров. Посмотреть данные радаров по осадкам в реальном времени можно на accuweather. Эта модель может быть глобальной, покрывающей всю Землю, или локальной, покрывающей отдельный участок планеты. В основе моделей лежат математические уравнения, описывающие аэро- и термодинамические процессы в атмосфере и связывающие такие параметры как плотность, скорость, давление и температуру. Эти уравнения являются нелинейными и не имеют точного решения, поэтому для их решения используются численные методы.
Search code, repositories, users, issues, pull requests...
| Глава Гидрометцентра: Никогда прогноз погоды не будет точным на 100% | Система наукастинга позволяет зафиксировать момент зарождения опасного явления и тогда спрогнозировать на два часа траекторию его перемещения, усиления или, наоборот, рассеивания энергии. |
| meteoinfo ru [delete] [delete] | Сопоставление прогностических и истинных значений продолжительности осадков Заключение Предложено уравнение множественной регрессии для текущего прогноза продолжительности осадков на срок до двух часов. |
| Ventusky - Wind, Rain and Temperature Maps | Опасные явления BUFR Отражаемость 1км BUFR Прогноз ICON-EU 1ч сумма осадков Высота ВГО BUFR Дифференциальная отражаемость 1км BUFR Дифференциальная отражаемость 2км BUFR Доплер скорость 1км BUFR Доплер скорость 2км BUFR Доплер скорость 3км BUFR. |
| Предоставление данных о погоде - ООО "ДАНИО-пресс" | Раньше карта осадков давала прогноз на два часа вперед с десятиминутным интервалом. |
АИИС «МетеоТрасса» для автодорог
Во-первых, наукастинг осадков оказался полезным на интервале одного-полутора часов как в точках выделенной сетки, так и по областям сильных осадков. Система наукастинга позволяет зафиксировать момент зарождения опасного явления и тогда спрогнозировать на два часа траекторию его перемещения, усиления или, наоборот, рассеивания энергии. это cверхкраткосрочный прогноз явлений погоды в пределах 0 – 6 ч от срока наблюдения.
Прогноз наукастинга для городов запустил Казгидромет
Наукастинг (nowcasting) и сверхкраткосрочные прогнозы погоды очень важны. Развивается новое направление в прогнозировании погоды — наукастинг, позволяющий выпускать сверхкраткосрочный прогноз об опасных явлениях погоды на ближайшие несколько часов. Это стало возможным благодаря технологии наукастинга — краткосрочного гиперлокального прогноза осадков.
Прогноз осадков на 2 часа (наукастинг)
Радиолокатор работает следующим образом: примерно раз в 10 минут он строит трехмерный снимок атмосферы в радиусе 200 километров от своего местоположения по горизонтали и до 10 километров по вертикали. По принципу действия радиолокатор очень похож на авиационный радар, только на снимке видны не самолеты, а области атмосферы, где есть капли воды размером более 50 микрометров. Если такие капли и правда есть, то, скорее всего, из облака, в котором они находятся, выпадают осадки. В России радиолокаторы установлены в наиболее населенных и интересных с метеорологической точки зрения регионах. Рэй Курцвейл: «В ближайшие 10 лет мы начнем печатать себе одежду дома» Мнения Ранее «Хайтек» писал о портативно детекторе погоды — разработке компании BloomSky.
Сегодня сайт BBC Weather позволяет любому жителю планеты ознакомиться со сводками в разных точках мира. Они приводятся в формате, напоминающем телевизионный, информация отображается текстом и с помощью анимированных символов. Здесь можно узнать о температуре, облачности, времени восхода и захода солнца, ультрафиолетовом излучении.
Авторизовавшись в системе, удобно добавлять населенные пункты в «Мои местоположения», что оценят люди, часто бывающие в командировках в одних и тех же местах или регулярно путешествующие. Дополнительно на сайте можно почитать новости о погодных явлениях, катаклизмах, спорте и другие интересные материалы, связанные с темой. Сайт и настольное приложение WeatherBug запустили в 2000 году, с тех пор они приобрели довольно высокую популярность за счет высокой точности данных. Позже появились приложения для мобильных устройств. Кроме стандартных показателей, на сайте можно найти время восхода и захода солнца, индекс ультрафиолетового излучения, состояние Луны растущая или убывающая. Единицы отображения изменяются в настройках. Компания продает датчики обнаружения молний, в чем немало преуспела.
На сайте и в приложении показывается ближайший удар за последние 30 минут, также показатель можно отслеживать на интерактивной карте. Это отличное дополнение для людей, большую часть времени проводящих на природе, когда негде быстро укрыться от грозы. Изначально она называлась Weather Service Finland, но с выходом на международный рынок название пришлось сменить. Произошло это в 2001 году. Сайт фирмы Foreca заслуживает доверия, так как ее деятельность ориентирована на предоставление клиентам метеорологического оборудования, а данные подаются Европейским центром среднесрочных прогнозов погоды. Компания отвечает за предоставление информации автомобильной отрасли, средствам цифровой массовой информации, водителям некоторых компаний, например, BMW. На сайте кроме официальной англоязычной версии имеется русскоязычная предоставляется развернутая и точная информация о погоде, включая восход и заход солнца, долготу дня, показания барометра, и, что особенно важно для водителей, видимость на дороге.
Подробный прогноз на 5 суток дается в виде графика с графическими обозначениями. Их расшифровка дается ниже. Полезным окажется и биометеорологический прогноз, в рамках которого приводится уровень геомагнитной активности, колебаний атмосферного давления, УФ-индекс. Одноименная компания стала коммерческой организацией в 1995 году. Несколькими годами ранее ее основал ее Джефф Мастерс — кандидат наук в метеорологии Мичиганского университета. Сейчас проект Weather Underground представляет собой что-то вроде сообщества энтузиастов по всему миру, которые готовы в режиме реального времени делиться данными с метеостанций, что делает прогнозы максимально подробными, точными и уникальными. Создатели называют такую систему получения информации BestForecast.
Все это в сочетании с научным подходом, обеспечивающимся командой метеорологов, позволило добиться получения надежных и локализованных сводок. Weather Underground перерабатывает показания более чем с 250 тысяч станций, источниками прогнозов служат только станции с точными наблюдениями, данные аэропортов и метеозондирования, для определения текущего состояния неба применяются данные с радаров и спутников, отчеты аэропортов. Длину видимого света, время морских и астрономических сумерек. Заглянув на сайт The Weather Channel можно обнаружить несколько блоков. Первый дает общую информацию на день. Второй на ближайшее утро, день, вечер и ночь.
К основным погодным параметрам относятся: температура, атмосферное давление, влажность, скорость и направление ветра, осадки и их количество.
Для их измерения на суше действует сеть метеостанций. В России таких метеостанций 1670, тогда как, например, в Китае их более 53 тысяч. Они могут обслуживаться как специалистами-метеорологами, так и быть полностью автоматизированными. Такие метеостанции установлены в более чем 900 аэропортах по всей стране, где они собирают информацию о погодных явлениях. В нашей стране разработкой и производством такого оборудования занимается концерн «Алмаз-Антей», известный своими системами противовоздушной и противоракетной обороны. Доплеровский метеорологический радиолокатор ДМРЛ-С , разработанный этой ведущей оборонной корпорацией, относится к новому поколению радаров с двойной поляризацией сигнала. Современные радары ДМРЛ-С имеют радиус обзора 250—300 км и позволяют осуществлять циклические наблюдения с периодичностью от 3 до 15 минут в круглосуточном автоматизированном режиме.
Они предоставляют данные с высоким пространственным разрешением 0,5—1 км на площади до 200 тыс. Графическую информацию с таких радаров мы можем увидеть на картах осадков, имеющихся на многих погодных сайтах. В США также существует сеть метеорадаров, которая включает более чем 120 доплеровских радаров. На данный момент сеть погодных радаров в США считается самой развитой в мире. Радарами покрыта практически вся территория, причем восточная часть страны с большим запасом. Именно поэтому краткосрочный прогноз погоды в Вашингтоне и Нью-Йорке считается одним из самых точных на планете. В России сейчас также реализуется программа развития радиолокационной сети, новые радары строятся, прежде всего, в Центральном регионе, на юге Сибири и Дальнего Востока.
Они, как и другие типы метеорологических станций, измеряют такие параметры, как температура воздуха над поверхностью океана, скорость ветра постоянная и порывистая и направление, барометрическое давление. Поскольку погодные буи находятся в водоемах, они также измеряют температуру поверхности моря и высоту волн. Полученные данные обрабатываются и могут регистрироваться на борту буя, а затем передаваться по радио, сотовой или спутниковой связи в метеорологические центры для использования в прогнозировании погоды. Используются как пришвартованные буи, так и дрейфующие, в том числе и в открытых океанских течениях. Фиксированные буи измеряют температуру воды на глубине до 3 метров. Для измерения параметров атмосферы непосредственно в ее «толще» в воздух запускаются метеозонды. Они измеряют параметры атмосферы и по радио передают данные обратно на аэрологические станции наблюдений.
Во всем мире действует порядка 870 станций метеорологического зондирования, из них 115 — на территории нашей страны. Вот только с 2015 года Росгидромет стал запускать метеозонды для изучения атмосферы в два раза реже. Вместо ежедневного двухразового зондирования российские метеорологи перешли на одноразовое. Отразилось это на качестве прогнозов погоды не только в нашей стране, но и, например, в соседнем Китае, прогнозы в котором во многом зависят от данных российских метеостанций. Выше метеозондов наблюдают за погодой метеоспутники. Но и здесь все не так просто. Россия имеет четыре метеоспутника.
Находясь постоянно в одной точке над Землей, он снимает целиком все Восточное полушарие планеты. Космический аппарат этой серии с высоты 35 786 км способен проводить многоспектральную съемку в видимом и инфракрасном диапазонах с разрешением 1 км и 4 км соответственно. Снимки делаются каждые полчаса. Низкоорбитальные спутники «Метеор-1» и «Метеор-2» имеют более низкую орбиту — 825 километров, это позволяет получать более детальную информацию, чем при использовании расположенных на гораздо более высокой орбите геостационарных спутников. Оба космических аппарата выведены на солнечно-синхронную орбиту. Вот только «Метеор-1» тоже не функционирует, на орбите он еще находится, но картинку уже не дает.
Первое решение, которое пришло в голову, — просто обучить несколько нейросетей так, чтобы первая нейросеть предсказывала ситуацию на радаре через 10 минут, вторая — через 20 минут, третья — через 30.
Требование было следующим: предсказывать радарные данные где-то на два часа вперед. Предсказания получались вот такие. Примерно тогда же, когда мы обучили 12 нейросетей, у нас появилась возможность визуализировать данные на карте. Посмотрев на скачущие облака, менеджеры сказали: это мы выпускать точно не будем. Один из них сказал: конечно, я понимаю, что это максимизирует вероятность чего-то там, но пользователю такое не объяснить — в жизни облака так не скачут. Во время следующей итерации мы решили считать только векторное поле и умножать опорные вектора на 2 и 3, чтобы получить перенос не на 10, а на 20 минут и 30 минут соответственно. На ближних горизонтах результаты выглядели довольно прилично, но чем дальше, тем чаще с краю появлялись артефакты.
Оказалось, что в векторном поле слишком большие вектора разрывают thin plate spline, и у нас появляется второе зеркальное отражение нашей картинки. Потом отражения сливаются. На ближних горизонтах артефакт не был заметен, но на дальних проявлялся очень сильно. Из ниоткуда возникало облако. Третьим решением стало последовательное применение одного и того же преобразования thin plate spline к одной картинке. С одной стороны, оно способствовало накоплению ошибок. Это было первое реально работающее решение, которое мы показывали при внутреннем бета-тесте.
Нейросеть получала на вход шесть радарных снимков за последний час, несколькими свертками приводила их к тензору из 16 векторов 4 x 4. Cплайновое преобразование восстанавливалось по векторам и последовательно применялось к картинке для получения каждого следующего горизонта прогноза. Решение довольно хорошо себя показало, но оставался единственный вопрос: зачем нужна нейросеть? Если красные свертки — единственная часть, которую мы обучаем, почему бы нам не вычислить векторное поле самостоятельно, алгоритмически? Так что четвертое решение, которое заметно улучшило результат, использовало явную минимизацию loss-функции. Мы искали векторное поле, которое бы одинаково хорошо приближало переход на 10 минут в последний час. От —60 минут до —50, потом до —40 и т.
Мы применяли это векторное поле к t0, чтобы получить прогноз на 10 минут дальше. Алгоритмически гораздо лучше находить векторное поле с помощью минимизации. Оно быстрее работает, не требует обучения. Самое интересное — оно не требует всех данных. Можно пропустить какие-то данные — а радары довольно часто запаздывают. Мы долго думали, что же оставить — нейронные сети или алгоритмические вычисления векторного поля. Но всё победил тот самый лазерный меч в Иваново.
Когда он висит над вами как дамоклов меч и зануляет вокруг себя все вектора, то облака не могут ни пересечь его, ни двигаться в одном районе с ним. Даже какого-то физического движения на картинке не происходит. Поэтому в конечном итоге мы пришли к нейронной сети. Сейчас нейронная сеть работает и выдает предсказания, схематически ее архитектура изображена здесь. Она составлена из 12 примерно одинаковых блоков.