8.3. Методы горизонтального контроля

Как уже упоминалось, горизонтальный контроль основан на сопоставлении наблюденного значения метеорологического элемента с результатом интерполяции по данным некоторого числа соседних станций. Как и при объективном анализе, для горизонтального контроля удобно использовать оптимальную интерполяцию; отличие состоит лишь в том, что интерполяция проводится не в узел регулярной сетки, а на одну из станций. Он был реализован применительно к полям геопотенциала в Гидрометцентре РФ и в настоящее время применяется в оперативной практике.

Данные о статистической структуре позволяют не только выполнить интерполяцию на станцию, но и оценить среднюю квадратическую разность между проинтерполированным и наблюденным значением — она равна, очевидно, средней квадратической ошибке сопоставления . Соответственно, в качестве допустимой невязки горизонтального контроля естественно применять величину k , где k — константа. Как показали специальные эксперименты, при контроле геопотенциала целесообразно положить k = 4. Сравнительно большое значение этой константы объясняется тем, что величина оценивается по данным о макромасштабной статистической структуре, в то время как различия между наблюденными и проинтерполированными значениями геопотенциала могут быть обусловлены особенностями меньшего масштаба.

Весьма удобно, что возможности горизонтального контроля поля того или иного элемента с помощью описанной методики могут быть оценены по данным о статистической структуре этого элемента (и ошибок его определения) заранее, до разработки и внедрения соответствующего алгоритма. Для этого только нужно задаться некоторой идеализированной схемой расположения станций.

Как показывабт оценки, наиболее велики возможности горизонтального контроля геопотенциала, затем идут температура, точка росы, ветер. Различия возможностей контроля указанных элементов определяются не только их статистической структурой, но и в значительной мере влиянием ошибок наблюдений и микрометеорологической изменчивостью.

Горизонтальный контроль геопотенциала целесообразен практически для всей существующей аэрологической сети земного шара, так как даже при ρ = 2000км он еще не теряет смысла. Горизонтальный контроль ветра разумен лишь при расстояниях между станциями, не превосходящих 1000 км, так что во многих районах с редкой сетью станций горизонтальный контроль ветра практически нерационален. Температура и точка росы занимают в этом отношении промежуточное положение.

Как и в любом методе контроля, критерием сомнительности данных при горизонтальном контроле является превышение модулем невязки его допустимого значения k . Особенность данного метода состоит в том, что это значение не задается заранее, а вычисляется параллельно с интерполяционными весами. Кроме того, необходимо иметь в виду, что невязка горизонтального контроля может превышать допустимую и тогда, когда ошибочно значение не контролируемой станции, а на одной из соседних станций, использованной в качестве влияющей. Поэтому, прежде чем исключить (или исправить) сомнительную величину, нужно путем проб выяснить, данные какой именно станции ошибочны. Другим, более перспективным путем преодоления этой трудности является выполнение горизонтального контроля в комплексе с другими методами контроля.

В принципе ошибки, выявленные горизонтальным контролем, можно исправить, заменив ошибочное значение результатом интерполяции. Однако, если объективный анализ выполняется также путем интерполяции по горизонтали, то подобная замена в действительности не увеличивает объем исходной информации для объективного анализа. Поэтому, если горизонтальный контроль проводится в отрыве от других методов контроля, то ошибочные данные, обнаруженные при горизонтальном контроле, бракуют.

Методика геострофического контроля ветра аналогична методике горизонтального контроля этого элемента и отличается тем, что вместо оптимальной интерполяции на станцию по данным о ветре на окружающих станциях производится оптимальное дифференцирование по данным о геопотенциале как на соседних станциях, так и на контролируемой. При этом мера ошибки наблюдения на контролируемой станции должна, помимо ошибок определения ветра и его микрометеорологической изменчивости, включать также влияние отклонений реального ветра от геострофического. Соответственно роль ошибки сопоставления с результатом оптимальной интерполяции играет при геострофическом контроле средняя квадратическая ошибка сопоставления с результатом оптимального дифференцирования.

Относительная ошибка такого сопоставления зависит от расстояния между станциями. Сравнение ее с относительной ошибкой горизонтального контроля ветра приводит к следующим выводам: при малых ρ возможности горизонтального контроля ветра существенно больше, чем гострофического; при ρ, составляющем около 400 км, эти возможности сравниваются; при больших же расстояниях между станциями возможности геострофического контроля превосходят возможности горизонтального контроля ветра.

За исключением упомянутых выше различий алгоритм выявления сомнительных данных при геострофическом контроле ветра таков же, как и при горизонтальном контроле этого элемента. Но в отличие от горизонтального контроля наличие для некоторой станции невязки геострофического контроля, превышающей допустимое значение, свидетельствует об ошибке именно на этой станции. Действительно, в этом методе на соседних станциях используются данные не о ветре, а о геопотенциале, которые уже проконтролированы другими методами.