Evaluation of surface sensible weather forecasts by an atmospheric mesoscale model over the...
-
Upload
hellenic-centre-for-marine-research -
Category
Documents
-
view
80 -
download
2
Transcript of Evaluation of surface sensible weather forecasts by an atmospheric mesoscale model over the...
Πέτρος Κατσαφάδος, Αναστάσιος Παπαδόπουλος και Ηλίας Μαυροματίδης
Μάϊος 2012
ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΩΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΩΝ ΠΡΟΓΝΩΣΕΩΝ ΕΝΟΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΜΕΣΗΣ
ΚΛΙΜΑΚΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΛΕΚΑΝΗ ΤΗΣ ΜΕΣΟΓΕΙΟΥ
HAROKOPIO UNIVERSITY OF ATHENSDEPARTMENT OF GEOGRAPHYATMOSPHERE AND CLIMATE DYNAMICS GROUP (ACDG)
http://meteoclima.gr
Εισαγωγή
Η Ομάδα Δυναμικής της Ατμόσφαιρας και του Κλίματος (ΟΔΑΚ) του Χαροκόπειου Πανεπιστημίου Αθηνών (ΧΠΑ) ακολουθώντας τη σύγχρονη τάση ανάπτυξης δυναμικών προσομοιώσεων σε υπερ-υπολογιστικά συστήματα έχει εγκαταστήσει και προσαρμόσει το μη υδροστατικό μοντέλο WRF με τον δυναμικό πυρήνα NMM στις υπολογιστικές εγκαταστάσεις του Τμήματος Γεωγραφίας
Η επιχειρησιακή του λειτουργία σε καθημερινή βάση ξεκίνησε τον Ιανουάριο του 2009 μετά από εκτεταμένη περίοδο δοκιμών και αρχικών αξιολογήσεων των προγνώσεων
Μετά από 3 έτη συνεχούς επιχειρησιακής λειτουργίας σε καθημερινή βάση έχει δημιουργηθεί σημαντική βάση μετεωρολογικών πλεγματικών δεδομένων που υπερβαίνει τα 5 TB καθιστώντας απαραίτητη την διαδικασία συστηματικής αξιολόγησης του μοντέλου
ATMOSPHERE AND CLIMATE DYNAMICS GROUP-2012
Στόχευση μελέτης
Η συγκεκριμένη εργασία αποσκοπεί στην στατιστική αξιολόγηση των προγνώσεων με βάση τις παρατηρήσεις από μετεωρολογικούς σταθμούς επιφανείας ανομοιογενώς χωρικά κατανεμημένους στο πεδίο ολοκλήρωσης
Η αξιολόγηση της προγνωστικής ικανότητας του μοντέλου πραγματοποιήθηκε συγκρίνοντας μία προς μία τις μετρήσεις 935 (WMO/ECMWF)
Τα προγνωστικά πεδία που αξιολογήθηκαν ήταν:Η θερμοκρασία του αέρα στα 2 μέτραΗ ταχύτητα του αέρα στα 10 μέτραΗ αθροιστική βροχόπτωση 6ώρου
Περίοδος αξιολόγησης 2 έτη (2009-2010)
ATMOSPHERE AND CLIMATE DYNAMICS GROUP-2012
Χαρακτηριστικά του μοντέλουHorizontal resolution (# grid points) 0.09°x0.09° (305x273)
Vertical resolution 38 sigma-pressure levels
Initial & Boundary conditions GFS-NCEP (0.5°x0.5°) 3-h update
Microphysical scheme Ferrier (Ferrier et al., 2002)
Cumulus scheme Betts-Miller-Janjic (Janjic et al., 2001)
Surface layer scheme Monin-Obukhov-Janjic scheme (Janjic, 1996)
Land-surface model 4-layers NOAH (Chen and Dudhia, 2001)
Planetary boundary layer scheme Mellor-Yamada-Janjic Level 2.5 (Janjic, 1996)
Radiation scheme (long-shortwave) GFDL (Schwarzkopf and Fels, 1991)
ATMOSPHERE AND CLIMATE DYNAMICS GROUP-2012
Σημειακή σύγκριση προγνωστικών τιμών του μοντέλου με παρατηρήσεις
Karl et al., 1989
Συνεχείς μεταβλητές: ταχύτητα ανέμου στα 10m, θερμοκρασία στα 2 m
Στατιστικά μεγέθη: μέσο προγνωστικό σφάλμα (bias), τετραγωνική ρίζα μέσου τετραγωνικού σφάλματος (RMSE)
F: προγνωστική τιμήO: τιμή παρατήρησηςN: πληθυσμόςBias<0 →υποεκτίμησηRMSE ∈[0,∞)
Στατιστικά μεγέθη(Papadopoulos & Katsafados, 2009)
Συνεχείς μεταβλητές
Αξιολόγηση συνεχών μεταβλητών
ATMOSPHERE AND CLIMATE DYNAMICS GROUP-2012
Η αξιολόγηση διακριτών μετεωρολογικών μεταβλητών βασίζεται στη δημιουργία πίνακα ενδεχομένων, διαστάσεων 2x2, που περιλαμβάνει το σύνολο των πιθανών συνδυασμών πρόγνωσης και παρατήρησης (Wilks, 1995)
Στατιστικά μεγέθημέσο προγνωστικό σφάλμα (Β)βαθμός έγκαιρης προειδοποίησης
equitable threat score (ETS)7 κατώφλια ύψους υετού 0.5, 2.0, 4.0, 6.0, 10.0, 16.0, 24.0
B<1 (υποεκτίμηση)
ETS ∈[-1,+1]
Στατιστικά μεγέθη(Papadopoulos & Katsafados, 2009)
Διακριτές μεταβλητές
Αξιολόγηση υετού
ATMOSPHERE AND CLIMATE DYNAMICS GROUP-2012
dcba
cabaar +++
+⋅+= )()(
Observed
Yes No
For
ecas
t Yes a b a+b
No c d c+d
a+c b+d n=a+b+c+d
Στατιστική ανάλυση θερμοκρασίας στα 2m
Σταθερό σφάλμα RMS (~2.7°C) για το σύνολο της προγνωστικής περιόδου
+0.5°C συστηματικό σφάλμα τις πρωινές ώρες -0.7°C τις νυχτερινές ώρες (ψυχρότερη η πρόγνωση)
ATMOSPHERE AND CLIMATE DYNAMICS GROUP-2012
Ανάλυση μέγιστης-ελάχιστης θερμοκρασίας
Τα θηκογράμματα αποτυπώνουν
τον διάμεσο (μεσαία γραμμή) και
τα 25ο και 75ο εκατοστημόρια των
RMSE και Bias Οι ελάχιστες θερμοκρασίες
παρουσιάζουν αρνητικό
συστηματικό σφάλμα με
σημαντική διακύμανση ~±1°Cαπό τον διάμεσο Μη συστηματική
υπερ-υποεκτίμηση για τις
μέγιστες θερμοκρασίες
ATMOSPHERE AND CLIMATE DYNAMICS GROUP-2012
Εποχιακή διακύμανση του θερμοκρασιακού σφάλματος RMSE ανεξάρτητο της εποχής και μέγιστης-ελάχιστης
θερμοκρασίας (~2.7°C) Αρνητικό συστηματικό σφάλμα έως -1°C, των ελάχιστων και
μέγιστων θερμοκρασιών τις μεταβατικές και θερινές εποχές Θερμότερες προγνωστικές μέγιστες θερμοκρασίες μέχρι +0.5°C
τους χειμερινούς μήνες
ATMOSPHERE AND CLIMATE DYNAMICS GROUP-2012
Γεωγραφική κατανομή του προγνωστικού σφάλματος της θερμοκρασίας στα 2 m Αρνητικό σφάλμα (bias<=-2°C) στους ορεινούς σταθμούς και
στη Βόρεια Αφρική Θερμότερη εκτίμηση της θερμοκρασίας (1°C<bias<=2°C) στην
Βαλκανική και στους παράκτιους σταθμούς της Πορτογαλίας και του Μαρόκο
ATMOSPHERE AND CLIMATE DYNAMICS GROUP-2012
Συνάρτηση του θερμοκρασιακού σφάλματος με το υψόμετρο Συστηματικό αρνητικό σφάλμα των ελάχιστων θερμοκρασιών
(-0.5°C) Ψυχρότερες μέγιστες θερμοκρασίες έως -0.6°C για υψόμετρα
που υπερβαίνουν τα 750 μέτρα
ATMOSPHERE AND CLIMATE DYNAMICS GROUP-2012
Συστηματική υπερεκτίμηση έως 1.5 ms-1 κατά τις βραδινές ώρες RMSE σχεδόν σταθερή (2.5-3 ms-1) για το σύνολο της
προγνωστικής περιόδου
Στατιστική ανάλυση της ταχύτητας του ανέμου στα 10 m
ATMOSPHERE AND CLIMATE DYNAMICS GROUP-2012
Η μεγαλύτερη συνεισφορά στην υπερεκτίμηση του ανέμου αποτυπώνεται το φθινόπωρο και το χειμώνα
Εποχιακή μεταβλητότητα του σφάλματος της ταχύτητας του ανέμου
ATMOSPHERE AND CLIMATE DYNAMICS GROUP-2012
bias >= 2 ms-1 για τους περισσότερους σταθμούς του πεδίου ολοκλήρωσης
Οι σταθμοί σε χαμηλά και μεσαία ύψη συνεισφέρουν περισσότερο στην υπερεκτίμηση του ανέμου
Χωρική ανάλυση του σφάλματος της ταχύτητας του ανέμου
ATMOSPHERE AND CLIMATE DYNAMICS GROUP-2012
Υπερεκτίμηση χαμηλών και
μεσαίων (0.5-4 mm) υψών
και υποεκτίμηση
μεσαίων-υψηλών κατωφλίων
(6-24 mm)
Το ETS εμφανίζει συνεχή
μείωση με τα ύψη
βροχόπτωσης
Στατιστική ανάλυση της 6ωρης αθροιστικής βροχόπτωσης
ATMOSPHERE AND CLIMATE DYNAMICS GROUP-2012
Σημαντική υποεκτίμηση των
μεσαίων και μεγάλων
κατωφλίων βροχόπτωσης για
τις πρώτες 6 ώρες (spin up) Αύξηση της υπερεκτίμησης
στα μικρά ύψη υετού (< 6 mm)
με τον προγνωστικό χρόνο
Ημερήσια κύμανση του στατιστικού σφάλματος της βροχόπτωσης
ATMOSPHERE AND CLIMATE DYNAMICS GROUP-2012
0-24
24-4848-72
Η διετής (2009-2010) αξιολόγηση του μοντέλου WRF κατέδειξε μέσο προγνωστικό σφάλμα της θερμοκρασίας 2.7°C και συστηματική υπερεκτίμηση του ανέμου 2.5-3 m s-1
Υποεκτίμηση μέγιστων-ελάχιστων θερμοκρασιών τη θερμή περίοδο του έτους φαίνεται να προέρχεται από το σχήμα ακτινοβολίας και την ανάλυση των επιφανειακών ροών ενέργειας
Οι ελάχιστες θερμοκρασίες υποεκτιμούνται σε υψόμετρα μέχρι 250 m γεγονός που μπορεί να αποδοθεί στην ανεπαρκή αναπαράσταση της κατανομής ξηράς-θάλασσας και των φυσιογραφικών χαρακτηριστικών του πεδίου ολοκλήρωσης κυρίως για τους παράκτιους σταθμούς
Η ένταση του ανέμου υπερεκτιμάται συστηματικά και προέρχεται από την εφαρμογή του σχήματος παραμετροποίησης του οριακού στρώματος Mellor-Yamada-Janjic (Cliff Mass, προσωπική επικοινωνία)
Συζήτηση-Συμπεράσματα
ATMOSPHERE AND CLIMATE DYNAMICS GROUP-2012
Η συστηματική υπερεκτίμηση των χαμηλών κατωφλίων υετού φαίνεται να προέρχεται από το spin up του μοντέλου [0-6 ώρες], ενώ τα σχήματα μικροφυσικής του μοντέλου αποκρίνονται επαρκώς στα μεσαία και μεγάλα ύψη βροχής
Η μέγιστη υπερεκτίμηση των χαμηλών υψών εντοπίζεται τις μεσημβρινές ώρες και πιθανώς να σχετίζεται με την προσομοίωση συστημάτων κατακόρυφης ανάπτυξης (convection)
Συζήτηση-Συμπεράσματα
ATMOSPHERE AND CLIMATE DYNAMICS GROUP-2012
• Αξιολόγηση για το 2011• Από 1/1/2012 εσωτερικό
πλέγμα με διακριτοποίηση 0.03⁰x0.03⁰ (~3.6km)
• Η υψηλότερη ανάλυση που παρέχεται ελεύθερα σε επιχειρησιακή βάση για τον ελλαδικό χώρο
http://meteoclima.gr