WV–PV–SWV proqnoz-xətası diaqnostika çərçivəsi, real Geo-Kompsat-2A (GK2A) su buxarı müşahidələrini, Korean Integrated Model (KIM) çıxışlarından RTTOV ilə yaradılmış simulyasiya edilmiş su buxarı təsvirlərini və modeldən hesablanmış potensial vortisitet sahələrini eyni dinamik kontekst daxilində müqayisə edərək ədədi hava proqnozu xətalarının mövqe və intensivlik komponentlərini ayırmağa çalışan peyk əsaslı diaqnostika üsuludur. Tədqiqatda GK2A-nın 6,3, 6,9 və 7,3 µm su buxarı kanallarından istifadə edilmiş; KIM atmosfer sahələri RTTOV versiya 13 ilə peykə ekvivalent parlaqlıq temperaturu təsvirlərinə çevrilmiş; müşahidə edilən və simulyasiya olunan strukturlar arasındakı üfüqi mövqe fərqi MAPLE əsaslı Variational Echo Tracking ilə hesablanmış və faza düzəlişindən sonra qalan parlaqlıq temperaturu fərqi intensivlik/amplituda xətasının göstəricisi kimi qiymətləndirilmişdir.

Metodun kəmiyyət doğrulaması Şərqi Asiya üzərində 1 Yanvar 2025-1 Yanvar 2026 dövründəki KIM +0-dan +18 saata qədər proqnozlarından istifadə edilməklə aparılmışdır. Faza düzəlişindən sonra üç su buxarı kanalının hamısında və bütün proqnoz müddətlərində kök orta kvadrat xəta (RMSE) azalmış, müşahidə ilə simulyasiya arasındakı məkan korrelyasiyası yüksəlmişdir. Mənbə Cədvəl 4-ə görə RMSE yaxşılaşma nisbətləri təxminən %18,59-%22,50; korrelyasiya yaxşılaşma nisbətləri isə %15,99-%27,48 intervalındadır. Bu nəticələr MAPLE ilə çıxarılan üfüqi yerdəyişmə vektorlarının müşahidə edilən və simulyasiya olunan su buxarı strukturları arasındakı faza xətasının mühüm hissəsini təmsil edə bildiyini göstərir.

Çərçivənin meteoroloji mənası yalnız “peyk və model təsviri eynidirmi?” sualına baxmaqdan ibarət deyil. Simulyasiya edilmiş su buxarı təsvirinin KIM-in öz potensial vortisitet strukturu ilə dinamik baxımdan uyğun olub-olmadığı da yoxlanılır. Beləliklə, real peyk müşahidəsi ilə model təsviri arasındakı fərqin mümkün model proqnoz xətası, yoxsa PV ilə su buxarı arasındakı fiziki əlaqənin onsuz da zəif olduğu qeyri-müəyyən meteoroloji vəziyyət olub-olmadığı daha ehtiyatla şərh edilə bilər.

Metod iki Aprel 2021 hadisəsinə tətbiq edilmişdir. 28 Aprel 2021-də Koreya yarımadasına təsir edən Monqolustan/şimal-şərqi Çin mənşəli nov-vorteks sistemində peyk müşahidələri modelin proqnozlaşdırdığından daha yavaş irəliləyən və daha zəif inkişaf edən sistemə işarə etmiş; sonrakı 500 hPa analiz sahələrinin bu diaqnostika ilə uyğun olduğu müəyyən edilmişdir. 16-17 Aprel 2021 Bohai körfəzi novu hadisəsində isə müşahidələr modeldən daha güclü quru hava daxilolması və daha güclü rütubətli yüksəlmə/dinamik inkişaf göstərmiş; sonradan müşahidə edilən dolu və lokal güclü yağıntının da proqnozdan daha güclü inkişaf etdiyi bildirilmişdir.

Bu nəticələr metodun hər meteoroloji vəziyyətdə qəti proqnoz-xətası diaqnostikası apardığı demək deyil. Müəlliflər xüsusilə zəif və ya nizamsız sinoptik strukturlarda PV ilə simulyasiya edilmiş su buxarı arasındakı uyğunluğun pozula biləcəyini; diabatik isinmə, dərin konveksiya, bulud-radiasiya prosesləri və rütubət qeyri-müəyyənliklərinin də WV-PV fərqləri yarada biləcəyini bildirirlər. Bundan əlavə, Type A/B/C təsnifatı qismən ekspert şərhinə bağlıdır və çərçivənin daha böyük, müstəqil, çoxhadisəli məlumat dəstləri ilə sistemli diaqnostika qabiliyyəti hələ tam doğrulanmamışdır.

Ədədi hava proqnozundakı “xəta” nə deməkdir?

Ədədi hava proqnozu modelləri atmosferi fizika tənlikləri və ədədi üsullarla təmsil edir. Məsələn, model yuxarı troposferdəki quru hava sahəsinin ümumi formasını düzgün proqnozlaşdırsa da onu real mövqeyindən 50 km şərqdə göstərə bilər. Bu halda problem ilk növbədə faza və ya mövqe xətasıdır. Başqa halda strukturun mövqeyi düzgün ola bilər, lakin modeldəki quru/rütubətli siqnal reallıqda olduğundan daha güclü və ya daha zəif ola bilər. Bu isə amplituda və ya intensivlik xətası kimi düşünülə bilər.

Bu iki xəta növünün bir-birinə qarışması peyk-model müqayisələrini çətinləşdirir. Modeldəki struktur real struktura nisbətən üfüqi istiqamətdə sürüşübsə, eyni koordinatdakı piksel temperaturlarını birbaşa çıxmaq yalnız intensivlik fərqini deyil, mövqe fərqini də eyni ədədin içində birləşdirir. Tədqiqatın mühüm məqsədi əvvəlcə üfüqi faza sürüşməsini qiymətləndirmək, simulyasiya edilmiş təsviri müşahidə olunan struktura doğru sürüşdürmək və yalnız bundan sonra qalan parlaqlıq temperaturu fərqini araşdırmaqdır.

WV–PV–SWV Çərçivəsi Nə İşə Yarayır?

WV–PV–SWV çərçivəsi real peyk su buxarı təsvirini (WV), modeldən yaradılmış peyk-ekvivalent su buxarı təsvirini (SWV) və modelin dinamik vəziyyətini təmsil edən potensial vortisitet sahəsini (PV) birlikdə qiymətləndirərək proqnoz xətasının yalnız təsvir fərqi kimi deyil, atmosfer dinamikası ilə uyğun şəkildə şərh edilməsinə imkan verir.

WV, SWV və PV nədir?

WV (water-vapor imagery), GK2A peykinin su buxarı infraqırmızı kanallarında real olaraq ölçdüyü radiansdan törədilən parlaqlıq temperaturu təsviridir. Tədqiqatda bunlardan müşahidə referansı kimi istifadə edilmişdir.

SWV (simulated water-vapor imagery), KIM-in temperatur, rütubət, bulud və səth vəziyyətlərindən istifadə edilməklə RTTOV şüalanma ötürülməsi modeli vasitəsilə “peyk bu atmosferi görsə hansı radiansı/parlaqlıq temperaturunu ölçərdi?” sualına verilən model-ekvivalent təsviridir.

PV (potential vorticity; potensial vortisitet), atmosferin fırlanma və termodinamik təbəqələşmə strukturunu birlikdə təmsil edən dinamik kəmiyyətdir. Tədqiqatda yuxarı troposfer və tropopauza ətrafındakı nov, silsilə, quru hava daxilolması və dinamik inkişafın şərhində fiziki referans kimi istifadə olunur.

GK2A niyə üç fərqli su buxarı kanalından istifadə edir?

Tədqiqat GK2A Advanced Meteorological Imager-in 6,3, 6,9 və 7,3 µm su buxarı kanallarından istifadə edir. Bu kanallar atmosferin eyni hündürlüyünü eyni dərəcədə görmür. Kanal çəki funksiyaları müxtəlif təzyiq laylarına həssasdır; beləliklə yuxarıdan orta troposferə qədər müxtəlif laylardakı rütubət və axın strukturları izlənə bilər.

Mənbə Şəkil 1 bu kanalların normallaşdırılmış çəki funksiyalarını təzyiq oxu üzərində sxematik şəkildə göstərir. Çəki funksiyası tək bir təzyiq səviyyəsini ölçən nazik xətt deyil; bir atmosfer layı boyunca töhfənin necə paylandığını göstərir. Buna görə MAPLE ilə çıxarılan üfüqi hərəkət vektorları da tək bir dəqiq hündürlükdəki külək kimi deyil, kanalın həssas olduğu layın orta struktur hərəkəti kimi şərh edilməlidir.

GK2A/AMI-nin müşahidə xüsusiyyətləri

GEO-KOMPSAT-2A 5 Dekabr 2018-də buraxılmış və 24 İyul 2019-da əməliyyat fəaliyyətinə başlamışdır. AMI ümumilikdə 16 kanala malikdir. Tam disk müşahidə dövrü 10 dəqiqə, Koreya yarımadası bölgəsi üçün müşahidə dövrü 2 dəqiqədir. Tədqiqatın su buxarı analizlərində istifadə edilən infraqırmızı WV kanallarının təbii məkan ayırdetməsi 2 km-dir.

KIM modelindən hansı məlumatlar istifadə olunur?

Korean Integrated Model (KIM), tədqiqatda model-ekvivalent WV təsvirlərinin və PV sahələrinin yaradıldığı əməliyyat qlobal ədədi hava proqnozu sistemidir. Mənbədə +0 analiz vaxtından +18 saat proqnoz müddətinədək saatlıq model sahələrindən istifadə edilmişdir.

KIM, 14 May 2025-dən əvvəl 12 km üfüqi ayırdetmə və 91 şaquli səviyyə ilə işlədiyi halda bu tarixdən sonra 8 km üfüqi ayırdetməyə keçirilmişdir. Tədqiqatın birillik doğrulama dövrü bu əməliyyat dəyişikliyini əhatə edir. Mənbə Cədvəl 4 nəticələrini 12 km və 8 km dövrləri üzrə ayrıca ayırmır; buna görə ayırdetmə dəyişikliyinin doğrulama nisbətlərinə ayrıca təsiri bu tədqiqatdan çıxarıla bilməz.

Mühüm simvol qeydi: Mənbə eyni u və v simvollarından iki fərqli kontekstdə istifadə edir. KIM məlumat bölməsində u və v üfüqi külək komponentləridir. MAPLE-VET tənliklərində isə u(x,y) və v(x,y) müşahidə edilən və simulyasiya olunmuş təsvir arasındakı üfüqi təsvir yerdəyişməsinin zonal və meridional komponentləridir. Bu iki istifadə bir-biri ilə qarışdırılmamalıdır.

Tədqiqatın metod axını

RTTOV niyə lazımdır?

Peyk müşahidəsi birbaşa model rütubət sahəsi ilə müqayisə edilərsə iki fərqli fiziki kəmiyyət müqayisə olunmuş olar. GK2A radians ölçür; KIM isə temperatur, rütubət, bulud və dinamik dəyişənləri hesablayır. RTTOV model atmosferindən peyk sensorunun ölçə biləcəyi radiansı və parlaqlıq temperaturunu simulyasiya edərək müşahidə ilə modeli eyni “radians fəzasında” müqayisə edilə bilən hala gətirir.

Tənlik 1: Atmosferin yuxarı sərhədindəki radians

\[ L_c = \varepsilon_c B_c(T_s)\tau_c(p_s) + \int_{0}^{p_s} B_c(T(p)) \frac{\partial \tau_c(p)}{\partial p}\,dp + L_c^{cld}(x) \tag{1} \]

Formula nəyi hesablayır? Kanal c üçün atmosferin yuxarı sərhədində peykə çatan ümumi radiansı təmsil edən sxematik all-sky RTTOV ifadəsidir.

• L_c: c kanalında peykə çatan ümumi radians.
• ε_c: səthin c kanalındakı emissivliyi; ölçüsüz əmsaldır.
• B_c(T): müvafiq kanal üçün Planck şüalanma funksiyasıdır.
• T_s: səth temperaturu.
• p_s: səth təzyiqi.
• τ_c(p): p təzyiq səviyyəsindən atmosferin yuxarı sərhədinədək kanal keçiriciliyi.
• T(p): təzyiqdən asılı atmosfer temperaturu.
• L_c^cld(x): əməliyyat all-sky konfiqurasiyasında buludların xalis radians töhfəsi.

Birinci termin səthdən çıxıb atmosferdən keçərək peykə çatan töhfəni; inteqral termini atmosfer laylarının öz istilik yayımını; son termin isə buludlardan qaynaqlanan əlavə şüalanma təsirini təmsil edir. Mənbə RTTOV all-sky simulyasiyalarında KIM-in CLW, CIW və CF dəyişənlərindən istifadə edir; yağış və qar hidrometeor dəyişənləri bu tətbiqdə giriş kimi istifadə edilməmişdir.

Tənlik 2: Radiansdan parlaqlıq temperaturuna çevrilmə

\[ T_{b,c}^{RTTOV}=B_c^{-1}(L_c) \tag{2} \]

Burada B_c^-1, Planck funksiyasının tərsidir. Hesablanmış radians sensor kanalında eyni radiansı yaradacaq qara cisim temperaturuna ekvivalent parlaqlıq temperaturu dəyərinə çevrilir. Parlaqlıq temperaturu atmosferdəki tək fiziki nöqtənin termometr temperaturu deyil; kanalın gördüyü şüalanmanın temperaturla ifadə edilmiş ekvivalentidir.

Tənlik 3: Model vəziyyətindən simulyasiya edilmiş parlaqlıq temperaturu

\[ T_{b,c,m}^{RTTOV}(t)=F_c(x_m(t)) \tag{3} \]

F_c, KIM model vəziyyət vektoru x_m(t)-ni kanal c üçün radians və ya parlaqlıq temperaturuna çevirən RTTOV irəli operatorudur. Başqa sözlə, model atmosferi birbaşa peyk təsvirinə bənzəyən müşahidə fəzasına daşınır.

Təsvirlər niyə 5 km ortaq gridə daşınır?

GK2A və KIM-in təbii gridləri bir-birindən fərqlidir. MAPLE alqoritminin eyni koordinatlarda iki təsvir strukturunu müqayisə edə bilməsi üçün hər iki sahə eyni həndəsi grid üzərində olmalıdır. Tədqiqatda −21,5688° ilə 68,7119° enlik və 45,8222°E ilə 204,8646°E uzunluqları əhatə edən geniş Şərqi Asiya sahəsində ortaq 5 km izləmə gridi istifadə edilmiş və sahələr bilinear interpolyasiya ilə yenidən nümunələnmişdir.

MAPLE-VET nə edir?

MAPLE-nin Variational Echo Tracking yanaşması müşahidə təsvirindəki strukturla simulyasiya təsvirindəki bənzər strukturun hansı üfüqi sürüşmə ilə ən yaxşı üst-üstə düşəcəyini tapmağa çalışır. Yerdəyişmə sahəsi:

\[ V(x,y)=\left(u(x,y),v(x,y)\right) \]

kimi tərif edilir. Buradakı u və v bu bölmədə meteoroloji külək deyil, təsvir yerdəyişməsinin iki üfüqi komponentidir.

Tənlik 4: Ümumi MAPLE xərc funksiyası

\[ F(V)=F_z(V)+F_V(V) \tag{4} \]

Alqoritm yalnız iki təsviri mümkün qədər oxşatmağa çalışmır. Eyni vaxtda iki məqsədi tarazlaşdırır:

• F_z: müşahidə edilən və sürüşdürülmüş simulyasiya təsviri arasındakı uyğunsuzluğu azaldır.
• F_V: yerdəyişmə sahəsinin məkanda həddindən artıq nizamsız və səs-küylü olmasının qarşısını alan hamarlıq/regularization terminidir.

Tənlik 5: Təsvir uyğunsuzluğu termini

\[ F_z(V) = W_z \sum_x\sum_y \left[ Z_o(x,y) - Z_m\left(x-u(x,y),\,y-v(x,y)\right) \right]^2 \,dx\,dy \tag{5} \]

Z_o(x,y) müşahidə edilən GK2A sahəsini, Z_m simulyasiya sahəsini təmsil edir. Simulyasiya sahəsi namizəd u,v yerdəyişmə sahəsinə uyğun olaraq geriyə doğru nümunələnir. İki təsvir bir-birinə yaxşı uyğunlaşarsa kvadrat fərq azalır. W_z bu təsvir qorunumu/uyğunsuzluq termininin ümumi optimallaşdırmadakı çəkisidir.

Kvadratın alınmasının riyazi nəticəsi böyük uyğunsuzluqların kiçik uyğunsuzluqlardan daha güclü cəzalandırılmasıdır. Lakin bu dəyər meteoroloji “xəta faizi” deyil; MAPLE-nin həll etməli olduğu optimallaşdırma funksiyasının bir hissəsidir.

Tənlik 6: Hamarlıq regularization termini

\[ F_V(V) = W_V \sum_x\sum_y \left[ \left(\frac{\partial u}{\partial x}\right)^2+ \left(\frac{\partial u}{\partial y}\right)^2+ 2\left(\frac{d^2u}{dx\,dy}\right)^2+ \left(\frac{\partial v}{\partial x}\right)^2+ \left(\frac{\partial v}{\partial y}\right)^2+ 2\left(\frac{d^2v}{dx\,dy}\right)^2 \right] dx\,dy \tag{6} \]

Bu termin yerdəyişmə vektorlarının qonşu nöqtələrdə mənasız şəkildə qəfil istiqamət və böyüklük dəyişiklikləri göstərməsini cəzalandırır. W_V böyüdükcə həll məkan baxımından daha hamar olur. Bunun faydası səs-küy mənşəli saxta vektorların yatırılmasıdır; lakin regularization həddindən artıq gücləndirilərsə real kiçikmiqyaslı deformasiyalar da lazım olduğundan artıq hamarlana bilər.

Coarse-to-fine niyə istifadə olunur?

Optimallaşdırma birbaşa çox sıx griddə başladılarsa lokal minimumlarda ilişə bilər və kiçikmiqyaslı səs-küy böyük hərəkətlərin düzgün tutulmasını çətinləşdirə bilər. Buna görə tədqiqat əvvəlcə kobud miqyasda böyük hərəkəti qiymətləndirir, sonra nəticəni getdikcə daha sıx gridlərə başlanğıc təxmin kimi daşıyır.

Kobud mərhələlərdə Wz=1,0 və WV=100 istifadə olunması böyükmiqyaslı təsvir hərəkətlərinin tutulmasına üstünlük verir. 100×100 və 300×300 incə mərhələlərində Wz=0,5-ə düşərkən WV=1000-ə qaldırılmışdır; beləliklə kiçikmiqyaslı saxta vektorların, məlumat boşluqları və sərhədlər ətrafındakı qeyri-real deformasiyaların yatırılması gücləndirilmişdir. Mənbə bu əməliyyat dəyərlərinin NMSC mühitində təkrarlanan qiymətləndirmələr nəticəsində empirik şəkildə tənzimləndiyini bildirir.

Tənlik 7: Fazası düzəldilmiş simulyasiya təsviri

\[ Z_m^{pc}(x,y) = Z_m\left(x-u(x,y),\,y-v(x,y)\right) \tag{7} \]

Bu əməliyyat model təsvirini MAPLE-nin tapdığı üfüqi sürüşmə qədər müşahidə olunan struktura doğru daşıyır. Məqsəd model nəticəsini meteoroloji baxımdan “düzəltmək” deyil, mövqe xətasını müvəqqəti aradan qaldıraraq geridə qalan intensivlik fərqini ayrıca araşdırmaqdır.

Tənlik 8: Faza düzəlişindən sonrakı parlaqlıq temperaturu fərqi

\[ \Delta T_b^{pc}(x,y) = T_b^{GK2A}(x,y) - T_{b,m}^{RTTOV,pc}(x,y) \tag{8} \]

ΔT_b^pc, üfüqi mövqe fərqi mümkün qədər aradan qaldırıldıqdan sonra müşahidə olunan və simulyasiya edilmiş parlaqlıq temperaturu arasındakı fərqdir. Beləliklə eyni ədəd daxilində həm “struktur başqa yerdədir”, həm də “struktur fərqli intensivlikdədir” təsirlərini qarışdırmaq əvəzinə ikinci komponent daha təmiz şəkildə araşdırıla bilər.

Müsbət və ya mənfi ΔT_b^pc-nin fiziki şərhi təsvir strukturunun quru/rütubətli xüsusiyyəti və meteoroloji mühitlə birlikdə aparılmalıdır. Tədqiqat hadisə analizlərində bu fərqləri yüksəlmə və çökmə/subsidence proseslərinin modeldən daha güclü və ya daha zəif olmasına dair şərhlərlə birlikdə istifadə edir; təkcə ΔT işarəsi bütün hallar üçün kontekstdən asılı olmayan universal təsnifatçı kimi təqdim edilmir.

Potensial Vortisitet Niyə İstifadə Olunur?

Potensial vortisitet su buxarı təsvirindəki quru və rütubətli strukturların yalnız vizual naxışlar kimi deyil, yuxarı troposfer və tropopauza ətrafındakı nov, silsilə və dinamik inkişafla əlaqəli fiziki atmosfer strukturları kimi qiymətləndirilməsinə imkan verir; buna görə model təsvirinin öz dinamik sahəsi ilə uyğun olub-olmadığını yoxlayan referans qatı rolunu oynayır.

Tənlik 9: Hidrostatik Ertel potensial vortisiteti

\[ PV = -g \left[ (\zeta_p+f)\frac{\partial\theta}{\partial p} + \frac{\partial u}{\partial p}\frac{\partial\theta}{\partial y} - \frac{\partial v}{\partial p}\frac{\partial\theta}{\partial x} \right] \tag{9} \]

• g: sərbəstdüşmə təcili.
• f: Coriolis parametri.
• ζ_p: izobarik səth üzərində nisbi vortisitet.
• θ: potensial temperatur.
• p: təzyiq.
• u, v: bu tənlikdə KIM modelinin üfüqi külək komponentləridir.

Birinci böyük termin atmosfer fırlanması ilə potensial temperaturun şaquli təzyiq qradiyentini əlaqələndirir. Digər iki termin şaquli külək kəsilməsi ilə potensial temperaturun üfüqi qradiyentləri arasındakı baroklinik töhfəni ehtiva edir.

PV vahidi PVU-dur:

\[ 1\;PVU = 10^{-6}\;K\,m^2\,kg^{-1}\,s^{-1} \]

Tədqiqatda altı PV göstərimi hesablanmışdır: 400, 500 və 600 hPa izobarik səviyyələrindəki PV dəyərləri ilə 1,0, 1,5 və 2,0 PVU izosəthlərinin təzyiqləri. Mənbə 1,5 PVU səthinin tropopauza üçün geniş istifadə olunan dinamik tərif olduğunu bildirir.

PV və su buxarı niyə həmişə tam üst-üstə düşmür?

Tədqiqatın mühüm metodoloji xəbərdarlıqlarından biri budur. Güclü və yaxşı təşkil olunmuş nov və ya silsilə sistemlərində PV ilə simulyasiya edilmiş WV strukturları arasındakı əlaqə adətən daha aydın olur. Lakin zəif sistemlərdə, dərin konveksiya zamanı, güclü gizli istilik ayrılması olduqda, bulud-radiasiya prosesləri və ya rütubət qeyri-müəyyənliyi gücləndikdə WV ilə PV arasında fərqlər yarana bilər.

Buna görə “peyk WV model PV-dən fərqlidir → model mütləq yanlışdır” formasında avtomatik qərar verilmir. Əvvəlcə modelin öz SWV təsvirinin öz PV strukturu ilə fiziki baxımdan uyğun olub-olmadığı yoxlanılır.

Type A, B və C sinifləri nə deməkdir?

Mənbə Cədvəl 5-də istifadə olunan “=” və “≠” işarələri burada iki sahənin ədədi olaraq eyni olduğunu deyil, təhlil edilən meteoroloji struktur baxımından dinamik/vizual uyğunluq və ya uyğunsuzluq olduğunu göstərən təsnifat işarələridir.

Type C-nin güclü olmasının məntiqi belədir: Model öz daxilində uyğundur; yəni model atmosfer dinamikasının yaratdığı PV strukturu ilə yenə eyni model atmosferindən RTTOV vasitəsilə yaradılmış SWV təsviri bir-birini dəstəkləyir. Lakin real peyk müşahidəsi bu dinamik inkişafdan fərqlidir. Bu halda fərqin yalnız model daxilindəki SWV-PV uyğunsuzluğundan qaynaqlandığını demək çətinləşir və real atmosferin modeldən fərqli təkamül keçirdiyinə dair daha güclü diaqnostika aparmaq olar.

80 km və 2 °C hədləri universaldırmı?

Xeyr. Tədqiqatda faza yerdəyişməsi üçün 80 km və parlaqlıq temperaturu fərqi üçün 2 °C ətrafındakı hədlər araşdırılan hadisələr əsasında empirik olaraq müəyyən edilmişdir. Müəlliflər bunların daha geniş meteoroloji şəraitə tətbiqindən əvvəl daha çox optimallaşdırma və qiymətləndirmə tələb etdiyini açıq şəkildə bildirirlər. Bu dəyərlər universal meteoroloji sabitlər deyil.

Birillik doğrulama necə aparıldı?

Faza vektorları iki müqayisə üzrə doğrulanmışdır:

1. GK2A müşahidəsi ilə orijinal RTTOV simulyasiya təsviri arasındakı parlaqlıq temperaturu fərqi.
2. Eyni GK2A müşahidəsi ilə MAPLE yerdəyişməsi tətbiq edilmiş fazası düzəldilmiş RTTOV təsviri arasındakı fərq.

Əgər faza vektoru doğrudursa simulyasiya təsviri müşahidə olunan struktura daha yaxşı uyğunlaşmalı, buna görə RMSE azalmalı və məkan korrelyasiyası yüksəlməlidir. Mənbədə istifadə olunan yaxşılaşma nisbəti:

\[ \text{İyileştirme oranı} = 100\times \left| \frac{(ii)-(i)}{(i)} \right| \]

şəklində verilmişdir. Burada (i) düzəlişdən əvvəlki, (ii) faza düzəlişindən sonrakı dəyərdir. RMSE-də daha aşağı dəyər, korrelyasiyada isə daha yüksək dəyər yaxşılaşmanı təmsil edir.

Cədvəlin əsas mesajı yalnız bir proqnoz saatında yaxşılaşma görülməsi deyil. Faza düzəlişi araşdırılan üç kanalın və +0-dan +18 saata qədər bütün proqnoz müddətlərinin hamısında eyni istiqamətli təsir göstərmişdir: RMSE azalmış, məkan korrelyasiyası yüksəlmişdir. Bu, MAPLE-nin tutduğu üfüqi sürüşmələrin təsvir fərqlərinin real bir hissəsini izah etdiyini dəstəkləyir.

Ən yüksək RMSE yaxşılaşması %22,50 ilə 6,3 µm kanalında t+06 saatında müşahidə olunur. Korrelyasiya yaxşılaşmasında ən yüksək dəyər %27,48 ilə 7,3 µm kanalında t+18 saatındadır. Bu maksimumların müxtəlif kanallarda və müxtəlif proqnoz müddətlərində ortaya çıxması kanalların fərqli şaquli həssaslıqları və proqnoz xətalarının zamanla inkişafı ilə əlaqələndirilir.

Hadisə 1: 28 Aprel 2021 novu nə göstərdi?

Birinci hadisə şimal-şərqi Çin üzərindəki cut-off low sisteminin quru hava sahəsi ilə birlikdə Koreya yarımadasına doğru inkişafını araşdırır. Analizdə 6,3 µm WV təsvirləri, 1,5 PVU səthi və lazım olduqda 500 hPa PV sahələri istifadə edilmişdir.

Region 1-də müşahidə olunan WV strukturu modeldən təxminən 30-50 km şimal-şərqdə; Region 3-də təxminən 20-50 km şimal-şimal-şərqdə; Region 4-də təxminən 40-50 km şimal-şərqdə tapılmışdır. Bu bölgələrdə fazası düzəldilmiş parlaqlıq temperaturu fərqləri təxminən −1-dən −2 °C-yə qədər bildirilmiş və müşahidə edilən quru siqnalın modeldəkindən daha zəif olduğu şərh edilmişdir. Bu bölgələr Type C xüsusiyyəti göstərmişdir.

Region 2 Type B2 kimi qiymətləndirilmişdir. Buradakı faza fərqi 30 km-dən kiçik və mütləq parlaqlıq temperaturu fərqi 2 °C daxilində olduğuna görə mənbə bu fərqlərin mənalı və güclü proqnoz-xətası şərhi aparmaq üçün həddindən artıq kiçik olduğunu bildirmişdir.

Ümumi diaqnostika real atmosferdə siklonla əlaqəli novun modelin proqnozlaşdırdığından daha yavaş döndüyü/irəlilədiyi və daha zəif inkişaf etdiyi istiqamətindədir. Sonrakı 500 hPa analiz sahəsi model proqnozuna nisbətən bir qədər daha şimalda, daha isti və daha zəif vortisitetli sistem göstərərək peyk əsaslı diaqnostikanı dəstəkləmişdir. Mənbə 29-30 Apreldə baş verən yağıntılı təhlükəli havanın da proqnozlaşdırılandan daha zəif gerçəkləşdiyini bildirir.

Hadisə 2: 16-17 Aprel 2021 Bohai körfəzi novu

İkinci hadisə şimal-şərqi Çindəki cut-off low ilə əlaqəli qısa dalğalı novun Bohai körfəzi üzərindən Koreya yarımadasına doğru irəlilədiyi və güclü hava hadisələri ilə əlaqəli olduğu 16-17 Aprel 2021 dövrüdür. Hadisə zamanı aydın quru hava daxilolması, novun qarşısında rütubətli frontal bulud zolağı, dolu və lokal güclü yağıntı bildirilmişdir.

Region 2-də müşahidə olunan quru sahənin simulyasiya edilmiş quru sahədən təxminən 0-20 km daha dar olduğu müəyyən edilmişdir. ΔT_b^pc dəyərləri ümumilikdə +1-dən +2 K-yə; quru-rütubətli sərhəd yaxınlığında isə təxminən +1-dən +4 K-yə çatmışdır. Mənbə bunu müşahidələrdə quru hava daxilolmasının və çökmə hərəkətinin modeldəkindən daha güclü olduğunun göstəricisi kimi şərh edir.

Region 3-də müşahidə olunan rütubətli sahənin model təsvirinə nisbətən faza fərqi təxminən 0-10 km və ΔT_b^pc təxminən −1 K-dir. Bu nəticə rütubətli yüksəlmənin model proqnozundan daha güclü olduğunu göstərmişdir.

Hər iki bölgə Type C kimi təsnif edilmişdir: modelin SWV təsviri PV strukturu ilə uyğun qaldığı halda real GK2A WV təsviri fərqli inkişaf göstərmişdir. Sonrakı 500 hPa analiz sahələri daha aşağı temperatur və daha güclü vortisitet inkişafı göstərərək peyk diaqnostikasındakı “modeldən daha güclü real dinamik inkişaf” nəticəsini dəstəkləmişdir. Baş verən dolu və lokal güclü yağıntı da model proqnozuna nisbətən daha güclü inkişaf etmişdir.

İki hadisə bir-birinə əks nəticə verdikdə metod niyə vacibdir?

Birinci hadisədə model sistemi həddindən artıq güclü və sürətli inkişaf etdirdiyi halda ikinci hadisədə model real atmosferdəki inkişafı kifayət qədər güclü təmsil edə bilməmişdir. Yəni metod yalnız “model həmişə həddindən artıq güclüdür” və ya “model həmişə zəifdir” kimi birtərəfli bias irəli sürmür. Eyni çərçivə fərqli hadisələrdə xətanın istiqamətini dinamik kontekstə görə diaqnostika etməyə çalışır.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• MAPLE faza düzəlişi birillik doğrulamada bütün üç WV kanalında və bütün +0-dan +18 saata qədər proqnoz müddətlərində RMSE-ni azaltmış və məkan korrelyasiyasını artırmışdır.
• Müşahidə olunan WV ilə model-ekvivalent SWV-nin eyni radians/parlaqlıq temperaturu fəzasında müqayisə edilməsi üfüqi yerdəyişmə və intensivlik xətalarının obyektiv şəkildə ayrılmasını dəstəkləyir.
• PV qatı su buxarı təsvirlərindəki fərqlərin yuxarı səviyyə atmosfer dinamikası ilə birlikdə şərh edilməsini təmin edir.
• Type C şəraitləri modelin SWV-PV əlaqəsi öz daxilində uyğun olduğu üçün model proqnoz çatışmazlığının ən aydın diaqnostika edildiyi sinif kimi önə çıxır.
• İki Aprel 2021 hadisəsində peyk əsaslı diaqnostikaların sonrakı 500 hPa analiz sahələrinin ümumi inkişafı ilə uyğun olduğu müəyyən edilmişdir.

Tədqiqatın dəstəkləmədiyi ümumiləşdirmələr

• Çərçivənin bütün hava hadisələrində və bütün coğrafiyalarda eyni bacarıqla işlədiyi nəticəsi çıxarıla bilməz.
• 80 km və 2 °C hədləri universal optimal dəyərlər deyil.
• Hər WV-PV uyğunsuzluğu birbaşa NWP model xətası demək deyil.
• Type B siniflərində etibarlı proqnoz-xətası diaqnostikası həmişə mümkün deyil.
• İki hadisə tədqiqatı təkbaşına uzunmüddətli əməliyyat proqnoz uğurunu sübut etmir.
• Tədqiqat çərçivənin yekun avtomatik təsnifatçı olduğunu göstərmir; ekspert şərhi hələ də tələb olunur.
• Müstəqil müşahidə və geniş çoxhadisəli məlumat dəstləri ilə əhatəli diaqnostika bacarığı hələ tamamlanmamışdır.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Tədqiqat dizaynı

Tədqiqat müşahidə peyk məlumatlarını, əməliyyat ədədi hava proqnozu modelini, irəli şüalanma ötürülməsi simulyasiyasını, təsvir uyğunlaşdırma/optimallaşdırma metodunu və sinoptik dinamik təhlili birləşdirən hesablama atmosfer elmi tədqiqatıdır.

Məlumat mənbələri

• Real müşahidə: GK2A/AMI 6,3, 6,9 və 7,3 µm su buxarı parlaqlıq temperaturları.
• NWP modeli: Korean Integrated Model (KIM).
• Simulyasiya edilmiş peyk təsviri: RTTOV versiya 13, all-sky konfiqurasiya.
• Faza fərqi: MAPLE əsaslı Variational Echo Tracking.
• Dinamik referans: Hidrostatik Ertel PV; 400/500/600 hPa və 1,0/1,5/2,0 PVU göstərimləri.

Doğrulama sahəsi və zaman strukturu

Kəmiyyət faza-təsvir doğrulaması Şərqi Asiya üzərində 1 Yanvar 2025-dən 1 Yanvar 2026-yadək aparılmışdır. KIM proqnozları t+00 analizdən t+18 saata qədər saatlıq qiymətləndirilmişdir. PV kompozitləri sinoptik miqyas səbəbindən 00-21 UTC arasında üçsaatlıq intervallarla hesablanmışdır.

KIM konfiqurasiyası

RTTOV all-sky şərtləri

RTTOV simulyasiyaları həm açıq səma, həm də buludlu səhnələrdə işlədilmişdir. KIM-in CLW, CIW və CF dəyişənləri buludların radiativ təsirlərini təmsil etmək üçün istifadə edilmişdir. Mənbə yağış və qar hidrometeor dəyişənlərinin bu infraqırmızı WV simulyasiyalarına daxil edilmədiyini bildirir. Maye bulud hissəciklərinin optik xüsusiyyətləri RTTOV-nin OPAC əsaslı su buludu parametrizasiyası ilə, buz buludu xüsusiyyətləri isə Baran buz optik parametrizasiyası ilə təmsil edilmişdir.

Faza düzəlişinin kəmiyyət nəticəsi

Birillik doğrulamada üç WV kanalının hamısında faza düzəlişindən sonra RMSE azalması və korrelyasiya artımı müşahidə edilmişdir. RMSE yaxşılaşma nisbətləri təxminən %18,59 ilə %22,50 arasında; korrelyasiya yaxşılaşma nisbətləri %15,99 ilə %27,48 arasında dəyişir.

Bu nəticə faza düzəlişinin peyk-model təsvirlərindəki ümumi xəta problemini tam həll etdiyi demək deyil. Əməliyyat yalnız üfüqi yerdəyişmə komponentini azaltmağa yönəlib; faza düzəldildikdən sonra qalan ΔT_b^pc fərqləri modelin intensivlik/termodinamik təmsilindəki mümkün fərqlərin araşdırılması üçün saxlanılır.

Hadisə nəticələrinin müqayisəsi

Məhdudiyyətlər

1. PV-SWV uyğunluğu şəraitdən asılıdır. Yaxşı inkişaf etmiş sinoptik nov və silsilələrdə əlaqə daha aydın olduğu halda zəif və nizamsız sistemlərdə etibarlılıq azala bilər.

2. Diabatik proseslər qarışıqlıq yarada bilər. Gizli istilik ayrılması, dərin konveksiya, bulud radiativ təsirləri və rütubət qeyri-müəyyənliyi WV-PV fərqləri yarada bilər; bunların hamısı birbaşa proqnoz xətası deyil.

3. Type B sinifləri qeyri-müəyyəndir. Model SWV-si model PV-si ilə artıq uyğunsuzdursa real peyk ilə model arasındakı fərqin mənbəyini dəqiq ayırmaq daha çətindir.

4. Hədlər empirikdir. 80 km faza yerdəyişməsi və 2 °C parlaqlıq temperaturu fərqi hədləri araşdırılan hadisələrə görə müəyyən edilmişdir və başqa meteoroloji şəraitlərdə yenidən optimallaşdırılmalıdır.

5. Ekspert şərhi tam aradan qalxmamışdır. MAPLE və ΔT_b^pc obyektivliyi artırsa da Type A/B/C təsnifatının son mərhələsi birləşdirilmiş WV-PV-SWV əlaqələrinin ekspert şərhinə qismən bağlıdır.

6. Müstəqil əhatəli doğrulama çatışmır. Müəlliflər təsnifat sisteminin müstəqil müşahidələr, analiz sahələri, forecast-error metrikləri və ya analysis increment məlumatları ilə geniş çoxhadisəli sistemli bacarıq qiymətləndirilməsinin hələ aparılmadığını açıq şəkildə bildirirlər.

7. Hadisələrin sayı məhduddur. Əməliyyat istifadəsi iki təmsilçi Aprel 2021 hadisəsi ilə göstərilmişdir. Fərqli fəsillər, bulud mühitləri və sinoptik rejimlər üçün daha geniş məlumat bazası tələb olunur.

Gələcək iş

Müəlliflər daha böyük çoxhadisəli məlumat dəstləri üzərində kəmiyyət məkan oxşarlığı metriklərindən, yerdəyişmə diaqnostikalarından və statistik xüsusiyyət çıxarılmasından istifadə edərək daha obyektiv və avtomatik təsnifat metodları inkişaf etdirməyi planlaşdırırlar. Bundan əlavə, üç WV kanalının 1,0-2,0 PVU səthləri və 400-700 hPa PV sahələri ilə birlikdə istifadə olunduğu çoxqatlı, daha əhatəli üçölçülü sinoptik analizlərin inkişaf etdirilməsi tövsiyə olunur.

Mənbə və Metod Qeydi

Orijinal tədqiqat: Diagnosing Numerical Weather Prediction Forecast Errors Using Geo-Kompsat-2A Observed and Simulated Water–Vapor Imagery Within A Potential-Vorticity Dynamical Framework

Müəlliflər: Jun-Hyung Heo; Boram Kim; Minsang Kim; In-Chul Shin; Eun-Ha Sohn; KiRyong Kang.

Corresponding author: Jun-Hyung Heo.

ORCID: Springer Nature qeydi Jun-Hyung Heo üçün 0000-0002-2051-3861 ORCID-ini göstərir.

Qurum 1: National Meteorological Satellite Center, Korea Meteorological Administration, Jincheon-Gun 27803, Korea.

Qurum 2: Korea Ocean Satellite Center, Korea Institute of Ocean Science and Technology, Busan Metropolitan City 49111, Korea.

DOI: 10.1007/s13143-026-00451-w

Jurnal: Asia-Pacific Journal of Atmospheric Sciences.

Cild / məqalə nömrəsi: Volume 62, Article 32.

Nəşriyyat: Springer Nature; jurnal Korean Meteorological Society ilə əlaqəlidir.

Mənbə növü: Original Article.

Qəbul edilmə: 6 Mart 2026.

Reviziya: 29 İyul 2026.

Qəbul: 7 Avqust 2026.

Nəşr / version of record: 27 Avqust 2026.

Rəyçilik statusu: Jurnalda dərc olunmuş version-of-record tədqiqat məqaləsidir; preprint kimi qiymətləndirilməmişdir.

Lisenziya: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0). Mənbə uyğun istinad, lisenziya keçidi və dəyişiklik məlumatının göstərilməsi şərti ilə istifadə, paylaşma, uyğunlaşdırma, yayma və çoxaltmağa icazə verir. Üçüncü tərəf materialları üçün ayrıca kredit sətri olduğu halda həmin materialın ayrıca hüquq statusu qüvvədədir.

Maliyyələşdirmə: Tədqiqat Korea Meteorological Administration National Meteorological Satellite Center tərəfindən maliyyələşdirilən “Development of Meteorological Satellite Operation and Application Technology” proqramı altındakı “Development of Operational Support Technologies for Satellite Utilization in Response to Meteorological Disasters” layihəsi tərəfindən dəstəklənmişdir; qrant nömrəsi KMA2025-00121-dir.

Etika: Mənbə insan iştirakçıları və ya heyvanları əhatə edən tədqiqatın olmadığını bildirir.

Maraqlar toqquşması: Müəlliflər maraqlar toqquşmasının olmadığını bəyan edirlər.

Məlumat əlçatanlığı: Mənbə PDF-də ayrıca “Data Availability” və ya “Code Availability” bəyanatı aşkar edilməmişdir. Tədqiqat əməliyyat GK2A və KIM məhsullarından, RTTOV və MAPLE əsaslı metodlardan istifadə edir; buna görə Verianla xam məlumatların və ya kodun ictimaiyyətə açıq olduğunu fərz etmir.

Müəllif töhfələri: Jun-Hyung Heo tədqiqatı dizayn etmişdir. Jun-Hyung Heo, Boram Kim, Minsang Kim və In-Chul Shin eksperimental/hesablama tətbiqlərini həyata keçirmişdir. Jun-Hyung Heo, Minsang Kim və Boram Kim məlumatları təhlil etmişdir. Jun-Hyung Heo, In-Chul Shin və Eun-Ha Sohn resurs və analiz alətləri təmin etmişdir. Jun-Hyung Heo və Boram Kim məqalənin ilk layihəsini yazmışdır. Eun-Ha Sohn və KiRyong Kang tədqiqata nəzarət etmiş və layihəni idarə etmişdir. Bütün müəlliflər yekun məqaləni nəzərdən keçirib təsdiqləmişdir.

Metod xülasəsi: GK2A/AMI real WV müşahidələri → KIM atmosfer sahələri → RTTOV v13 all-sky simulyasiya WV → ortaq 5 km grid → MAPLE-VET faza yerdəyişmə vektorları → coarse-to-fine yaxşılaşdırma → fazası düzəldilmiş SWV → ΔT_b^pc intensivlik fərqi → KIM PV sahələri ilə dinamik uyğunluq nəzarəti → Type A/B/C proqnoz-xətası diaqnostikası.

Kəmiyyət doğrulaması: Şərqi Asiya, 1 Yanvar 2025-1 Yanvar 2026; üç GK2A WV kanalı; KIM t+00-t+18 saat proqnozları.

Əsas şərh həddi: Faza vektorlarının kəmiyyət doğrulaması güclü olsa da WV-PV-SWV Type A/B/C çərçivəsinin müstəqil çoxhadisəli diaqnostika bacarığı hələ tam sistemli şəkildə doğrulanmamışdır. Tədqiqat iki təmsilçi yüksək təsirli hava hadisəsi ilə əməliyyat tətbiqolunmasını göstərir.

KIM ayırdetmə qeydi: Mənbə KIM-in 14 May 2025-dən əvvəl 12 km, sonra isə 8 km üfüqi ayırdetmədə işlədildiyini bildirir. Birillik doğrulama dövrü hər iki rejimi əhatə edir; mənbə Cədvəl 4 nəticələrini ayırdetmə dövrlərinə görə ayrıca hesabatlamır.