Ένα Καινοτόμο και Ολοκληρωμένο Εννοιολογικό Μοντέλο για την Αντιμετώπιση των Επιπτώσεων της Κλιματικής Μεταβολής στην Ξηρασία: Δυνητικότητα Εφαρμογής

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Ένα Καινοτόμο και Ολοκληρωμένο Εννοιολογικό Μοντέλο για την Αντιμετώπιση των Επιπτώσεων της Κλιματικής Μεταβολής στην Ξηρασία: Δυνητικότητα Εφαρμογής"

Ἀστάρτη Παπαδάκης
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Ένα Καινοτόμο και Ολοκληρωμένο Εννοιολογικό Μοντέλο για την Αντιμετώπιση των Επιπτώσεων της Κλιματικής Μεταβολής στην Ξηρασία: Δυνητικότητα Εφαρμογής ενός Προγράμματος Αύξησης των Βροχοπτώσεων στη Θεσσαλία

2 Το αριθμητικό μοντέλο πρόγνωσης καιρού WRF Ιωάννης Τεγούλιας Φυσικός- Μετεωρολόγος Τομέας Μετεωρολογίας και Κλιματολογίας Α.Π.Θ.

Τι είναι το WRF WRF: Weather Research and Forecasting Model - Χρησιμοποιείται για έρευνα και επιχειρησιακά Είναι ένα υποστηριζόμενο «κοινοτικό μοντέλο», δηλ.

3 Τι είναι το WRF WRF: Weather Research and Forecasting Model - Χρησιμοποιείται για έρευνα και επιχειρησιακά Είναι ένα υποστηριζόμενο «κοινοτικό μοντέλο», δηλ. ελεύθερο και διαμοιραζόμενο αλλά με κατανεμημένη ανάπτυξη και κεντρική υποστήριξη Αναπτύσσεται από το NCAR, NOAA/ESRL and NOAA/NCEP/EMC αλλά συνεισφέρουν πλήθος ερευνητικών φορέων από όλο τον κόσμο

4 Δυναμικοί πυρήνες Το WRF έχει δύο δυναμικούς πυρήνες: Τον Advanced Research WRF (ARW) και τον Nonhydrostatic Mesoscale Model (NMM) Οι δυναμικοί πυρήνες περιλαμβάνουν κυρίως την οριζόντια μεταφορά, την βαροβαθμίδα, την δύναμη Coriolis, την άνωση, την διάχυση και τα βήματα ολοκλήρωσης των εξισώσεων. Και οι δύο πυρήνες είναι Eulerian με κατακόρυφες συντεταγμένες που ακολουθούν την ορογραφία. Η ανάπτυξη του ARW γίνεται κυρίως στο NCAR/MMM (Mesoscale & Microscale Meteorology) Η ανάπτυξη του NMM πραγματοποιείται από το NCEP/EMC (Environmental Modeling Center) και υποστήριξη παρέχεται από το NCAR/DTC (Developmental Testbed Center) Θέματα φυσικής, το υπόβαθρο του λογισμικού και μέρη της προ-επεξεργασίας και μετ-επεξεργασίας είναι κοινά ανάμεσα στους δύο πυρήνες

5 Εκδόσεις Version 1.0 WRF (παρουσιάστηκε τον Δεκέμβριο του 2000) Version 2.0: May 2004 (προστέθηκε το NMM, και η δυνατότητα εμφώλευσης στο ΕΜ) Version 2.1: August 2005 (το EM γίνεται ARW) Version 2.2: December 2006 (παρουσιάστηκε το WPS) Version 3.0: April 2008 (περιλαμβάνει την έκδοση global ARW) Version 3.1: April 2009 Version 3.2: April 2010 Version 3.3: April 2011 Version 3.4: April 2012 Version 3.5: April 2013 Version September 2013 (bug-fix/minor release) Version 3.6: April 2014 Version August 2014 (bug-fix/minor release) Version 3.7: April 2015 (τρέχουσα έκδοση)

6 Χρήσεις του WRF ARW και NMM Ατμοσφαιρική φυσική/έρευνα παραμετροποιήσεων Μελέτες περιπτώσεων Αριθμητική πρόγνωση καιρού σε πραγματικό χρόνο Έρευνα αφομοίωσης δεδομένων (Data assimilation) Διδασκαλία δυναμικής μετεωρολογίας και αριθμητικής πρόγνωσης καιρού Μόνο το ARW Εποχιακή και τοπική κλιματική έρευνα Εφαρμογές σε σύζευξη με χημεία Προσομοιώσεις παγκοσμίου κλίμακας Ιδεατές προσομοιώσεις σε διάφορες κλίμακες (ανωμεταφορά, βαροκλινικά κύματα, LES)

7 Ποιος χρησιμοποιεί το WRF Πανεπιστήμια (έρευνα τον τομέα της δυναμικής, της φυσικής του καιρού, κλιματική έρευνα) Ομάδες πρόγνωσης σε επιχειρησιακά κέντρα Επιστήμονες εφαρμογών (Ποιότητα του αέρα, Υδρολογία, Δημόσιες υπηρεσίες)

9 Τμήματα του συστήματος μοντελοποίησης Τμήμα προεπεξεργασίας του μοντέλου (WRF Pre-processing System WPS) - Παρεμβολή (interpolation) πραγματικών δεδομένων για αριθμητική πρόγνωση καιρού - Πρόγραμμα για προσθήκη επιπλέον παρατηρήσεων στις αναλύσεις (obsgrid) Μοντέλο WRF (δυναμικοί πυρήνες ARW και NMM) - Προγράμμτα αρχικοποίησης για πραγματικά και (για το ARW) ιδεατά δεδομένα (real.exe/ideal.exe) - Πρόγραμμα αριθμητικής ολοκλήρωσης (wrf.exe) Εργαλεία γραφικών και ελέγχου αποτελεσμάτων WRF DA (αφομοίωση δεδομένων) WRF-Chem (σύζευξη με χημικό μοντέλο) WRF-Fire (συζευγμένο μοντέλο για δασικές πυρκαγιές)

10 Εφαρμογή του μοντέλου Απαραίτητα δεδομένα που δεν αλλάζουν με το χρόνο για τη συγκεκριμένη περιοχή εφαρμογής Πρόγραμμα GEOGRID - Πληροφορίες για την προβολή του χάρτη Διδιάστατα πλεγματικά δεδομένα γεωγραφικού μήκους και πλάτους, κοριόλειας παραμέτρου, παράγοντες παραμόρφωσης λόγω προβολής, κτλ. - Τοπογραφικές πληροφορίες Διδιάστατα πλεγματικά δεδομένα ορογραφίας, βλάστησης και κατηγοριών εδάφους, κτλ.

11 Περιοχές ολοκλήρωσης του μοντέλου

12 Εφαρμογή του μοντέλου Απαραίτητα δεδομένα που αλλάζουν με το χρόνο για τη συγκεκριμένη περιοχή εφαρμογής Αρχικές συνθήκες (ανάλυση στον αρχικό χρόνο ανάλυση) Οριακές και πλευρικές συνθήκες (μετέπειτα χρονικά σημεία) Προγράμματα UNGRIB και METGRID - Τριδιάστατα πεδία οριζόντιου ανέμου, θερμοκρασίας, γεωδυναμικού, σχετικής υγρασίας - Διδιάστατα πεδία πίεσης στη μέση στάθμη της θάλασσας, επιφανειακής θερμοκρασίας, σχετικής υγρασίας και ανέμου - Μεταβαλλόμενα με το χρόνο επιφανειακά πεδία: χιονοκάλυψη, θερμοκρασία εδάφους, υγρασία εδάφους

13 Τι είναι ένα αρχείο GRIB To GRIB είναι ένα τύπος αρχείου που έχει προταθεί από τον WMO για την αποθήκευση κανονικά κατανεμημένων (δηλαδή σε κανονικό πλέγμα) πεδίων - «General Regularly-distributed Information in Binary» Τα πεδία μέσα σε ένα αρχείο GRIB είναι συμπιεσμένα με έναν απωλεστικό αλγόριθμο συμπίεσης- - Συμβαίνει αποκοπή των αριθμών σε συγκεκριμένο αριθμό ψηφίων Είναι τύπος αρχείου που βασίζεται στα records Τα πεδία αναγνωρίζονται μόνο από κωδικούς αριθμούς - Για την αντιστοίχιση πεδίων μέσα στο αρχείο με πεδία μεταβλητών (π.χ. θερμοκρασία) χρησιμοποιούνται εξωτερικοί πίνακες αντιστοίχισης

14 Εφαρμογή του μοντέλου Οι προσομοιώσεις σε τοπική κλίμακα χρειάζονται απαραίτητα πλευρικές οριακές συνθήκες σε καθορισμένα χρονικά σημεία ( π.χ κάθε 6 ώρες) σε όλη τη διάρκεια της προσομοίωσης - Τριδιάστατα πεδία οριζόντιου ανέμου, θερμοκρασίας γεωδυναμικού, υγρασίας - Διδιάστατο πεδίο της πίεσης στην επιφάνεια Για μεγάλες προσομοιώσεις (> 1 εβδομάδα) είναι απαραίτητες και οριακές συνθήκες στο κάτω όριο του μοντέλου - Διδιάστατο πεδίο της θερμοκρασίας της θάλασσας, του πάγου στη θάλασσα και του κλάσματος βλάστησης

15 Διάγραμμα ροής του WPS και του WRF

16 Εφαρμογή του μοντέλου Τρέξιμο του WPS Αρκετά στάδια εκτέλεσης που «καθοδηγούνται» από namelist* - geogrid.exe (παρεμβολή των χαρτών και των μη μεταβαλλόμενων με το χρόνο πεδίων) - ungrib.exe (μετατροπή των μεταβαλλόμενων με το χρόνο αρχείων grib σε απλά binary αρχεία) - metgrid.exe (παρεμβολή μεταβαλλόμενων με το χρόνο δεδομένων των αρχικών και οριακών συνθηκών) - obsgrid.exe (προαιρετική εκτέλεση για προσθήκη περισσότερων παρατηρήσεων) Τρέξιμο του WRF Δύο στάδια εκτέλεση καθοδηγούμενα από namelist - real.exe or real_nmm.exe (δημιουργία κατακόρυφων επιπέδων για τις αρχικές και οριακές συνθήκες) - wrf.exe (ολοκλήρωση του μοντέλου) *namelist: αρχείο με πληροφορίες για την εκτέλεση συγκεκριμένης διαμόρφωσης του μοντέλου

17 Ροή δεδομένων

18 Γραφικά και επαλήθευση του μοντέλου Για ARW και NMM - RIP4 (Read, Interpolate and Plot) - Unified Post-Processor (UPP) Μετατροπή σε GriB (για επεξεργασία με GrADS και GEMPAK) - MET (Model Evaluation Toolkit) Για ARW μόνο - NCAR Graphics Command Language (NCL) - ARWpost Πρόγραμμα για μετατροπή ώστε να επεξεργαστούν με GrADS - VAPOR (εργαλείο οπτικοποίησης 3D) - IDV (εργαλείο οπτικοποίησης 3D)

19 Γραφικά και επαλήθευση του μοντέλου

20 Γραφικά και επαλήθευση του μοντέλου

21 Γραφικά και επαλήθευση του μοντέλου

22 Απαιτήσεις συστήματος Σε τι συστήματα τρέχει τι WRF; - Γενικά κάθε σύστημα (32μπιτο ή 64μπιτο) με ένα UNIXοειδες λειτουργικό σύστημα Παραδείγματα αποδεκτών συστημάτων - Laptops, desktops και clusters με λειτουργικό Linux - Laptops και desktop με λειτουργικό MacOSX - Clusters που τρέχουν Linux ή AIX(Cray,IBM,SGI,κτλ.)

23 Απαραίτητες βιβλιοθήκες NetCDF (απαραίτητο για το WRF και το WPS) Για την υποστήριξη δεδομένων σε μορφή GRIB2 - JasPer (JPEG 2000 βιβλιοθήκη απωλεστικής συμπίεσης) - PNG (βιβλιοθήκη μη απωλεστικής συμπίεσης) - Zlib (βιβλιοθήκη συμπίεσης που χρησιμοποιείται απο το PNG) Βιβλιοθήκες MPI (για εκτέλεση με παράλληλο τρόπο) - MPICH2

24 Ερωτήσεις ;

Σχετικά έγγραφα

Πυθαρούλης Ι.

Εφαρμογή του Αριθμητικού Μοντέλου Πρόγνωσης Καιρού WRF στο πρόγραμμα DAPHNE Πυθαρούλης Ι. pyth@geo.auth.gr www.daphne-meteo.gr Τομέας Μετεωρολογίας και Κλιματολογίας Τμήμα Γεωλογίας, ΑΠΘ Weather Research