Одной из основных задач гидрометеорологической службы является прогнозирование различных явлений природы. Задача по обеспечению данными современных систем оперативного прогноза погоды и систем прогноза возникновения и распространения опасных явлений возлагается на метеорологическую наблюдательную сеть. Основная наблюдательная сеть Росгидромета на сегодня имеет шаг порядка 100 км и более. Данные, получаемые от такой сети, не достаточны для создания достоверных мезомасштабных прогнозов и прогнозов возникновения и распространения опасных погодных явлений. Для повышения качества прогнозов опасных явлений погоды необходимо, в первую очередь, своевременное их обнаружение, то есть развитие и усовершенствование наблюдательной сети путем увеличения её плотности, повышения точности измерений на станциях, а также повышение оперативности и надёжности передачи данных наблюдений в прогностические органы и другим потребителям.
В связи с этим в рамках программы по модернизации и техническому перевооружению учреждений и организаций Росгидромета перед НПО «Тайфун» была поставлена задача по созданию специализированной автоматической сети метеорологических наблюдений (САСМН) на базе вышек сотовой телефонной связи. Целью создания такой сети является решение следующих задач:
Суть САСМН состоит в следующем: на стандартных вышках сотовой связи размещаются автоматические метеостанции, которые обеспечивают измерение определенного набора метеопараметров и по каналу сотовой связи передают сообщения в территориальный ЦГМС; затем по АСПД данные поступают в Гидрометцентр для использования в системе оперативного прогноза погоды.
Целью создания САСМН на сегодняшнем этапе является отработка в реальных условиях технических и программных решений, обеспечивающих получение достоверных данных о метеорологических условиях в местах постановки метеостанций, а также отработка взаимодействия САСМН с другими элементами наблюдательной сети (ЦГМС, АСПД и Гидрометцентром России).
В процессе разработки и опытной эксплуатации САСМН НПО «Тайфун» был решен целый ряд организационных и технических задач, в том числе:
На сегодняшний день создана экспериментальная сеть метеонаблюдений на базе метеокомплексов МК-14, размещённых на вышках сотовой связи в Калужской и Московской областях:
Рисунок 1. Размещение метеостанций САСМН.
Рисунок 2. Пример размещения станции в Юхнове. Слева датчик ветра, справа датчики жидких осадков и температуры и влажности.
Рисунок 3. Пример размещения датчика ветра на вышке в с. Волково.
Помимо непосредственной установки станций на сотовые вышки, выполняются работы, направленные на повышение качества и достоверности данных, получаемых от САСМН.
В НПО «Тайфун» было выполнено исследование по определению влияния конструкций вышки на показания датчика ветра. Расчёт проводился с помощью специальной программы. В этой программе была создана модель сотовой вышки, для которой выполнялась оценка.
Основные выводы данного исследования:
В 2011–2013 гг. Московским и Калужским ЦГМС проводились сравнительные наблюдения показаний станций, размещённых на вышках, с показаниями стандартных станций метеонаблюдений. Данные наблюдения показали что, данные, получаемые от стандартных метеостанций и метеокомплексов, размещённых на вышке, очень близки и не имеют резких расхождений.
Помимо прямого сравнения данных, был выполнен пространственный анализ, который также показал хорошие результаты.
Из данных наблюдений были сделаны следующие выводы:
По результатам этих исследований было принято решение о вводе САСМН на базе вышек сотовой связи в опытную эксплуатацию в Московском и Калужском ЦГМС.
С начала 2013 г. по настоящее время на базе опытного полигона Гидрометцентра (ГМЦ) РФ выполняется отработка приёма, обработки и анализа данных от метеостанций, размещённых на вышках совой связи. Также ведутся работы по обеспечению использования данных от «вышковых» метеостанций в системах прогноза погоды. Помимо указанных работ, в ГМЦ также проводится контроль достоверности и качества данных САСМН.
Результаты и выводы работ, выполняемых ГМЦ:
С момента начала работ по развитию САСМН сотрудниками НПО «Тайфун» выполняются мероприятия, обеспечивающие бессбойную работу метеокомплексов, входящих в данную сеть, и достоверность измеряемых метеопараметров.
Исходя из результатов опытной эксплуатации, можно охарактеризовать работу САСМН как достаточно надёжную и бессбойную. Все станции, регулярно передают сообщения с данными. Формат сообщений, формируемых метеостанциями, не содержит ошибок. Значения метеопараметров, измеренных САСМН, показывают хорошую сходимость со значениями стандартных метеостанций. Достигнутые результаты позволяют рассматривать САСМН на базе вышек сотовой связи как один из основных способов расширения наблюдательной сети Росгидромета и источник данных для обеспечения систем прогноза погоды.