Погода является ключевым фактором, определяющим успех зимних Олимпийских игр. Следующие зимние Олимпийские игры будут проходить в Китае с 4 по 20 февраля 2022 года в Пекине и соседней провинции Хэбэй. Через месяц, с 4 по 13 марта, пройдут Паралимпийские игры. Планирование соревнований на открытом воздухе во время Игр будет зависеть от сверхкраткосрочного прогнозирования погоды и наукастинга.
От точных и надёжных прогнозов и предупреждений относительно экстремальных значений температуры, влажности, видимости и ветра зависит планирование соревнований, результативность спортсменов и состояние спортивных трасс. Они также важны для обеспечения безопасности спортсменов, технического персонала, зрителей и транзитных перевозок. Кроме того, для процессов создания искусственного снега и его хранения необходимо точное краткосрочное прогнозирование с высоким разрешением и наукастинг температуры, влажности и ветра на низких высотах и у поверхности земли.
Городская территория Пекина будет местом проведения церемоний открытия и закрытия всех ледовых соревнований и соревнований по фристайлу на сноуборде (биг-эйр). Все горнолыжные соревнования и соревнования по санным видам спорта будут проводиться в горной области Хайтошань, расположенной в пекинском районе Яньцин (~60 км к северо-западу от центра Пекина). Соревнования по лыжным видам спорта и прыжкам на лыжах с трамплина будут проводиться в округе Чунли города Чжанцзякоу в провинции Хэбэй (~100 км к северо-западу от центра Пекина).
Научно-исследовательский проект
Прогнозирование для зимних Олимпийских игр 2022 года является особой и сложной задачей из-за условий континентальных зимних муссонов и недостатка исследований, оперативных методов измерений и опыта в области зимнего метеорологического прогнозирования с очень высоким разрешением в этих двух сложных горных районах.
Научно-исследовательский проект, состоящий из пяти частей, финансируемый Китайской национальной программой ключевых исследований и разработок, был инициирован для рассмотрения сложных задач прогнозирования и особых потребностей различных видов спорта на открытом воздухе. В нём задействованы многочисленные организации Китайского метеорологического управления (КМУ). Проект включает пять программ:
- Расширенные метеорологические наблюдения.
- Сверхкраткосрочное прогнозирование и наукастинг.
- Краткосрочное и среднесрочное прогнозирование.
- Бесшовное прогнозирование и заблаговременное предупреждение о рисках для основных объектов и соревнований.
- Интеллектуальное обслуживание по оказанию метеорологической поддержки.
 |
| Рис. 1. Расположение трёх спортивных зон. Сплошная красная линия показывает границу района Пекин—Тяньцзинь—Хэбэй (ПТХ) (рисунок создан с помощью сервиса Google Earth Pro) |
В рамках Программы расширенных метеорологических наблюдений будет продолжаться и наращиваться серия экспериментов по наблюдениям с высоким разрешением, которые уже проводятся в горных районах Чунли и Хайтошань. Используемые в настоящее время системы наблюдения in situ и дистанционного зондирования приведены в таблице 1 и включают автоматические метеорологические станции (АМС), метеорологические станции HOBO®, доплеровские радиолокаторы S-диапазона с двойной поляризацией, радиолокаторы для измерения облачности, микроволновые радиометры, микроволновые профилометры ветра, доплеровские лидары для измерения ветра, содары, радиозонды, спутники, научно-исследовательский самолёт с двумя двигателями и т. д. Два новых метеорологических доплеровских радиолокатора S-диапазона были также установлены в горном районе Хайтошань и округе Канбао города Чжанцзякоу.
В рамках программы наблюдений будут также разрабатываться реанализы с высоким разрешением и концептуальные модели для мелкомасштабных элементов погоды в двух горных районах на основе многосенсорных наблюдений, усвоения/интеграции данных высокого разрешения и специального численного моделирования (например, воспроизведение крупных вихрей и численное моделирование динамики жидкости в разных зимних синоптических условиях). Эту работу выполняет Бюро прогнозов погоды Метеорологической службы провинции Хэбэй (МСХ) КМУ совместно с Институтом городской метеорологии (ИГМ) Пекинской метеорологической службы (ПМС) КМУ.
Цель программы сверхкраткосрочного прогнозирования и наукастинга состоит в том, чтобы разработать методы прогнозирования с высоким разрешением с заблаговременностью 0—24 часа. Эти методы будут основываться на циклах быстрого обновления данных, усвоения локальных данных, усовершенствования основных физических процессов в моделях с высоким разрешением, интеграции и смешивания данных, полученных из многих источников (наблюдения и прогнозы), а также на даунскейлинге и коррекции смещения при численном прогнозировании погоды (ЧПП) с высоким разрешением для местности со сложным рельефом.
Диагностические схемы сверхкраткосрочного прогнозирования и наукастинга ключевых и особых метеорологических параметров для лыжных соревнований и соревнований по санным видам спорта будут основываться на многосенсорных наблюдениях и прогнозировании с высоким разрешением. Конечная цель состоит в том, чтобы достичь 500-метрового разрешения для более крупного района Пекин-Тяньцзинь-Хэбэй (ПТХ) (см. рис. 1) и 100-метрового разрешения для двух небольших областей, охватывающих основные места проведения горнолыжных соревнований и соревнований по санным видам спорта (горные районы Чунли и Хайтошань). Информация для прогнозов с заблаговременностью 0—12 часов будет обновляться каждые 10 минут на основе смешивания и даунскейлинга, цикл обновления детерминистических ЧПП с разрешением 1 км составит 1 час, а разрешение ансамблевого ЧПП, охватывающего район ПТХ, для прогнозов с заблаговременностью 0—24 часа составит 3 км. Эта работа проводится под руководством ИГМ.
 |
| Рис. 2. Расположение основных горнолыжных центров и центров санных видов спорта, а также мест проведения соревнований в (а) горном районе Хайтошань и (б) Чунли (OLV — олимпийская деревня, CRH — сеть высокоскоростных железных дорог Китая) |
Национальный метеорологический центр КМУ возглавляет работы по подготовке краткосрочных и среднесрочных прогнозов. Эта работа включает разработку методов прогнозирования на период 1—10 суток на основе Китайской системы глобального и регионального прогноза и анализа (GRAPES), ассимиляции спутниковых данных, ансамблевого прогнозирования с высоким разрешением и коррекции смещения при ЧПП для местности со сложным рельефом. Также разрабатываются диагностические схемы для прогноза с заблаговременностью 1—10 суток для метеозависимых лыжных соревнований и соревнований по санным видам спорта на основе краткосрочного и среднесрочного ЧПП. Цель состоит в том, чтобы обеспечить усовершенствованный 3-часовой цикл обновления для детерминистических прогнозов, разрешение 3 км для ансамблевых прогнозов на 1—3 суток и 6-часовой цикл обновления для детерминистических прогнозов на 3—10 суток.
 |
| Таблица 1. Тип и количество метеорологических приборов, которые будут использоваться для зимних игр |
Бюро прогнозов погоды ПМС разрабатывает методы для обеспечения бесшовного прогнозирования ключевых метеорологических параметров — скорости и направления ветра, порывистости ветра, температуры, влажности, видимости, снега, низкой облачности и других — с заблаговременностью до 240 часов для различных лыжных соревнований, мест проведения соревнований и других ключевых объектов. Кроме того, разрабатываются методы заблаговременного предупреждения о риске неустойчивой погоды для отдельных мест проведения соревнований и других ключевых объектов на основе концептуальных моделей, коррекции смещения, схем интерпретации (например, статистической обработки выходных данных динамической модели (DMOS) и аналоговых ансамблей (AnEn)) и машинного обучения с использованием данных наблюдения и прогностических данных в узлах регулярной сетки, полученных в рамках вышеупомянутых программ и от других источников данных (например, Европейский центр среднесрочных прогнозов погоды). Также разрабатываются цифровые комплексы бесшовного прогнозирования и предупреждения о рисках, включая критерии прогнозирования/предупреждения, специально предназначенные для удовлетворения конкретных потребностей Пекинского олимпийского организационного комитета, касающихся планирования лыжных соревнований.
Центр метеорологического обслуживания населения КМУ разрабатывает методы, обеспечивающие интеллектуальное метеорологическое обслуживание для различных целей и конечных пользователей, включая лыжные и ледовые соревнования, ключевые каналы дорожных сообщений, вертолётные спасательные операции, общественные просмотры соревнований, телевидение и радиовещание и другие применения на основе данных сети расширенных наблюдений, а также новых и усовершенствованных прогностических моделей и методов прогноза. Для такого обслуживания будут применяться разнообразные инновационные подходы, включая информационную технологию, искусственный интеллект, интеллектуальный анализ данных и облачные вычисления. Для удовлетворения конкретных потребностей групп конечных пользователей также подготавливаются новые и усовершенствованные интеллектуальные и интерактивные демонстрационные платформы и прикладные программы метеорологического обслуживания.
Усилия международного сообщества
 |
| Рис. 3. Взаимосвязи и функции пяти программ, входящих в состав научно-исследовательского проекта |
Организация и координация работы в сфере исследований, разработок и подготовки мероприятий, выполняемые пятью ведущими подразделениями КМУ, возможно, сопоставимы с уровнем организации самих Игр. Эксперты из более чем 15 национальных и нескольких международных организаций будут работать с китайскими учёными и специалистами по связи. Другие оперативные подразделения ПМС, МСХ и КМУ, в том числе Институт атмосферной физики (Китайской академии наук) и Пекинский университет, будут частью группы национальных организаций. К сотрудничающим международным организациям относятся Национальный центр атмосферных исследований (НКАР) США, Программы для сообществ (ПС) Корпорации университетов для исследования атмосферы (ЮКАР), Австрийский центральный институт метеорологии и геодинамики (ZAMG), Министерство по вопросам окружающей среды и изменения климата Канады, университет Оклахомы, университет Юты и Корейская метеорологическая администрация.
В ближайшие месяцы и годы к этим программам могут присоединиться и другие организации. Их общая задача состоит в том, чтобы предоставить зимним Олимпийским и Паралимпийским играм 2022 метеорологическое обслуживание и поддержку, чтобы эти Игры можно было назвать «замечательными, удивительными, выдающимися», что является конечной целью этого крупнейшего спортивного события.
Авторы
Минсюань Чэнь (mxchen@ium.cn)
Цзяньнун Цюань, Институт городской метеорологии, Китайское метеорологическое управление (КМУ), Пекин, Китай
Шигуан Мяо, Институт городской метеорологии, Китайское метеорологическое управление (КМУ), Пекин, Китай
Цзюй Ли, Институт городской метеорологии, Китайское метеорологическое управление (КМУ), Пекин, Китай
Минь Чэнь, Институт городской метеорологии, Китайское метеорологическое управление (КМУ), Пекин, Китай
Вальтер Дэббердт, Национальный центр атмосферных исследований (почетный профессор в отставке) и Корпорация Вяйсяля (на пенсии), Боулдер, Колорадо, США
Цзунминь Ван, Бюро прогнозов погоды, Метеорологическая служба провинции Хэбэй, Шицзячжуан, Хэбэй, Китай
Го Дэн, Национальный метеорологический центр, КМУ, Пекин, Китай
Чун Пин Джи, Бюро прогнозов погоды, Пекинская метеорологическая служба
Цзиньцзюнь Пань, Центр метеорологического обслуживания населения, КМУ, Пекин
Вэй Тан, Центр метеорологического обслуживания населения, КМУ, Пекин
