ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΤΟΥ ΝΤΕΤΕΡΜΙΝΙΣΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΩΝ ΠΡΟΓΝΩΣΕΩΝ ΤΟΥ ΕΥΡΩΠΑΪΚΟΥ ΚΕΝΤΡΟΥ ΜΕΣΟΠΡΟΘΕΣΜΩΝ ΠΡΟΓΝΩΣΕΩΝ ΚΑΙΡΟΥ

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΤΟΥ ΝΤΕΤΕΡΜΙΝΙΣΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΩΝ ΠΡΟΓΝΩΣΕΩΝ ΤΟΥ ΕΥΡΩΠΑΪΚΟΥ ΚΕΝΤΡΟΥ ΜΕΣΟΠΡΟΘΕΣΜΩΝ ΠΡΟΓΝΩΣΕΩΝ ΚΑΙΡΟΥ ΙΩΑΝΝΗΣ ΠΥΘΑΡΟΥΛΗΣ (Μαθηµατικός-Μετεωρολόγος) και και ΙΩΑΝΝΗΣ ΠΑΠΑΓΕΩΡΓΙΟΥ (Μαθηµατικός-Μετεωρολόγος) Συνεργασία νσης Β και ΕΜΚ ΕΘΝΙΚΗ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΗ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΘΝΙΚΗ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΗ ΥΠΗΡΕΣΙΑ Ελ. Βενιζέλου 14, Ελληνικό 16777 Ελ. Βενιζέλου 14, Ελληνικό 16777 Φεβρουάριος 2006 Φεβρουάριος 2006

Ευχαριστίες Θα θέλαµε να ευχαριστήσουµε τους. Ζιακόπουλο, Χ. Πέτρου, Ι. Μαλλά, Ι. Αλεξίου και Ν. Καµπεράκη για τη βοήθεια που µας παρείχαν στην παρούσα µελέτη. 1

Περιεχόµενα σελίδα 1 Εισαγωγή 3 2 Το σύστηµα πρόγνωσης του Ευρωπαϊκού Κέντρου 4 Μεσοπρόθεσµων Προγνώσεων Καιρού 2.1 Ντετερµινιστικό µοντέλο 4 2.1.1 Φασµατικές µέθοδοι 5 2.1.2 Παραµετροποιήσεις φυσικών διεργασιών 7 2.2 Το σύστηµα στοχαστικής πρόγνωσης 10 2.2.1 Μέθοδοι στοχαστικής πρόγνωσης 10 2.2.2 Περιγραφή του συστήµατος του Ευρωπαϊκού κέντρου 14 3 Νέα έκδοση υψηλής ανάλυσης 18 3.1 Οριζόντια ιακριτοποίηση 18 3.2 Κατακόρυφα Επίπεδα 20 3.3 Αξιολόγηση 21 4 Προϊόντα του ντετερµινιστικού µοντέλου 24 4.1 Πεδία που χρησιµοποιούνται στο ΕΜΚ 24 4.2 Οριζόντιες τοµές 25 4.3 Χρονοσειρές 29 4.4 Μετεογράµµατα 31 4.5 Χρόνοι διάθεσης και µεταφοράς δεδοµένων 32 5 Προϊόντα του Συστήµατος Στοχαστικής Πρόγνωσης 35 5.1 Οριζόντιες τοµές 35 5.1.1 Προγνώσεις µε χρήση της επιχειρησιακής ανάλυσης 35 και των διαταραγµένων αρχικών συνθηκών 5.1.2 Μέσος όρος και τυπική απόκλιση οµαδοποιηµένων 40 στοχαστικών προγνώσεων 5.1.3 Μέσος όρος και τυπική απόκλιση στοχαστικών 41 προγνώσεων 5.1.4 Χάρτες Πιθανοτήτων 41 5.1.5 Προϊόντα Tube 44 5.1.6 είκτης πρόγνωσης ακραίων φαινοµένων 46 5.2 Χρονοσειρές 49 5.3 Χρόνοι διάθεσης 51 Βιβλιογραφία 53 2

1. Εισαγωγή Σε καθηµερινή βάση οι προγνώστες της Εθνικής Μετεωρολογικής Υπηρεσίας (EMY) παρέχουν προγνώσεις καιρού και κατάστασης θαλασσών για την περιοχή της Ανατολικής Μεσογείου και της Μαύρης θάλασσας εστιάζοντας κυρίως στον Ελλαδικό χώρο. Αυτή είναι µία ενδιαφέρουσα, αλλά συγχρόνως και δύσκολη εργασία που απαιτεί την ύπαρξη πολύ καλής ποιότητας πληροφορίες από τα διάφορα συστήµατα παρατήρησης και πρόγνωσης. Η χαοτική φύση της ατµόσφαιρας και η ύπαρξη προσεγγίσεων/ατελειών στα αριθµητικά συστήµατα πρόγνωσης καθιστούν αναγκαία τη χρήση προγνωστικών στοιχείων από διάφορα τέτοια συστήµατα. Στο Εθνικό Μετεωρολογικό Κέντρο (ΕΜΚ) της ΕΜΥ παρέχονται προγνώσεις από ένα σηµαντικό αριθµό αριθµητικών µοντέλων που ολοκληρώνονται είτε στις εγκαταστάσεις της ΕΜΥ είτε σε άλλα µετεωρολογικά κέντρα. Ένα από τα σηµαντικότερα προγνωστικά συστήµατα που χρησιµοποιούνται στο ΕΜΚ είναι το Ολοκληρωµένο Σύστηµα Πρόγνωσης του Ευρωπαϊκού Κέντρου Μεσοπρόθεσµων Προγνώσεων Καιρού στην Αγγλία. Σε αυτό περιλαµβάνονται επιχειρησιακές προγνώσεις του ντετερµινιστικού µοντέλου και του Συστήµατος Στοχαστικής Πρόγνωσης (Ensemble Prediction System) 1. Ο σκοπός αυτής της εργασίας είναι κυρίως η περιγραφή των επιχειρησιακών προϊόντων του Ευρωπαϊκού κέντρου που είναι καθηµερινά διαθέσιµα στην ΕΜΥ. Η περιγραφή των προϊόντων του ντετερµινιστικού µοντέλου γίνεται στο κεφάλαιο 4, ενώ τα προϊόντα του συστήµατος στοχαστικής πρόγνωσης παρουσιάζονται στο κεφάλαιο 5. Επιπλέον, στα κεφάλαια 2 και 3 υπάρχει σύντοµη περιγραφή του συστήµατος πρόγνωσης του Ευρωπαϊκού Κέντρου και της αναβαθµισµένης του έκδοσης που λειτουργεί επιχειρησιακά από την 1 η Φεβρουαρίου 2006. 1 Ο Αγγλικός όρος Ensemble Prediction µπορεί να µεταφραστεί και σαν Πρόγνωση Πολλαπλού είγµατος ή σαν Συνολική Πρόγνωση. Όµως στην παρούσα εργασία θα υιοθετηθεί ο όρος Στοχαστική Πρόγνωση, που έχει χρησιµοποιηθεί σε επιστηµονικές εργασίες που είναι γραµµένες στην Ελληνική γλώσσα (π.χ. Κατσαφάδος 2003), καθώς σε αυτού του είδους τις προγνώσεις εµπεριέχεται η έννοια της πιθανότητας. 3

2. Το σύστηµα πρόγνωσης του Ευρωπαϊκού Κέντρου Μεσοπρόθεσµων Προγνώσεων Καιρού 2.1 Ντετερµινιστικό µοντέλο Το αριθµητικό µοντέλο του Ευρωπαϊκού κέντρου κατά την ολοκλήρωσή του χρησιµοποιεί φασµατικές µεθόδους για την αναπαράσταση των µετεωρολογικών παραµέτρων στην οριζόντια διεύθυνση, ενώ ένα πλήθος παραµετροποιήσεων χρησιµοποιούνται για την αναπαράσταση των διαφόρων φυσικών διεργασιών. Η παρούσα έκδοση είναι η Τ799L91, δηλαδή χρησιµοποιείται τριγωνική αποκοπή µε ζωνικό κυµαταριθµό ίσο µε 799 (που αντιστοιχεί περίπου σε 0.225º) και 91 κατακόρυφα επίπεδα. Τα 91 επίπεδα παρουσιάζονται στον Πίνακα 2.1, δίνοντας έµφαση κυρίως στα επίπεδα κάτω από τα 100 hpa. Είναι εµφανές ότι υπάρχει σηµαντικός αριθµός επιπέδων στο οριακό στρώµα, σε άλλα κρίσιµα ύψη της τροπόσφαιρας όπου συναντούµε σηµαντικά µετεωρολογικά συστήµατα, όπως τους αεροχειµάρρους (~200-300 hpa), καθώς και στο µέσο ύψος της τροπόπαυσης. Επίπεδο Πίεση Επίπεδο Πίεση Επίπεδο Πίεση 1 0.01 52 240.4844 72 726.0656 2 0.0299 53 256.0690 73 752.6718 3 0.0568 54 272.5644 74 778.4036 4 0.1015 55 290.0175 75 803.1575.. 56 308.4774 76 826.8141.. 57 327.9948 77 849.2512.. 58 348.6233 78 870.3798 39 102.5813 59 370.4182 79 890.1340 40 109.8913 60 393.4375 80 908.4403 41 117.5942 61 417.7338 81 925.2226 42 125.7453 62 443.3441 82 940.4416 43 134.3981 63 470.1659 83 954.0914 44 143.5909 64 497.9584 84 966.1707 45 153.3538 65 526.4620 85 976.6735 46 163.7180 66 555.3989 86 985.6311 47 174.7166 67 584.4855 87 993.3027 48 186.3837 68 613.4989 88 999.8373 49 198.7556 69 642.2899 89 1005.1222 50 211.8697 70 670.7310 90 1009.1459 51 225.7656 71 698.7032 91 1012.0494 Πίνακας 2.1 Η πίεση στα 91 επίπεδα της νέας έκδοσης του µοντέλου (IFS cycle 30r1) όταν η πίεση στην επιφάνεια είναι ίση µε 1013.25 hpa. 4

Στις επόµενες παραγράφους γίνεται σύντοµη περιγραφή των φασµατικών µεθόδων (δίνοντας έµφαση στην τριγωνική αποκοπή) και των παραµετροποιήσεων που υπάρχουν στο ντετερµινιστικό µοντέλο του Ευρωπαϊκού κέντρου. 2.1.1 Φασµατικές µέθοδοι Τα φασµατικά µοντέλα αναπαριστούν τις χωρικές µεταβολές των µετεωρολογικών παραµέτρων σαν ένα πεπερασµένο πλήθος κυµάτων µε διαφορετικά µήκη κύµατος. Η φασµατική µέθοδος είναι γενικά πιο ακριβής από τη µέθοδο των σηµείων πλέγµατος όταν χρησιµοποιείται χαµηλή χωρική ανάλυση. Όµως οι δύο προσεγγίσεις έχουν συγκρίσιµη ακρίβεια στο εύρος χωρικών αναλύσεων που χρησιµοποιούνται τα τελευταία χρόνια. Πιο συγκεκριµένα στα φασµατικά µοντέλα η χωρική αναπαράσταση των δυναµικών και θερµοδυναµικών µεταβλητών βασίζεται σε αποκοµµένες σειρές σφαιρικών αρµονικών συναρτήσεων. Μία πραγµατική µεταβλητή ψ ( λ, µ, t) µπορεί να αναπτυχθεί σε σφαιρικές αρµονικές σαν ένα διπλό άθροισµα M N ( m) m m imλ ψ ( λ, µ, t) = ψ ( t) P ( µ ) e (2.1) m= M n= m n σε ένα αποκοµµένο χώρο κυµαταριθµών, όπου m είναι ο ζωνικός κυµαταριθµός (στη διεύθυνση ανατολής-δύσης) και n είναι ο ολικός κυµαταριθµός. Ο αριθµός n- m εποµένως µπορεί να θεωρηθεί σαν ένα µεσηµβρινός κυµαταριθµός (στη διεύθυνση βορά-νότου). Οι συντεταγµένες που χρησιµοποιούνται στην οριζόντια διεύθυνση είναι οι (λ,µ,t) όπου λ είναι το γεωγραφικό µήκος, µ=sinφ (φ είναι το γεωγραφικό πλάτος) και t είναι ο χρόνος. Οι όροι ψ m (t) είναι µιγαδικοί φασµατικοί συντελεστές και οι P ) n m µ imλ m n ( e είναι σφαιρικές αρµονικές συναρτήσεις όπου τα πολυώνυµα P n (µ) ονοµάζονται πολυώνυµα Legendre και ορίζονται ως P m n m ( n m)! m ( µ ) = ( 1) Pn ( µ ) ( n + m)! n, n m Ο τύπος της αποκοπής που χρησιµοποιεί το κάθε φασµατικό µοντέλο καθορίζεται από τη µορφή των αποκοµµένων κυµαταριθµών, και κατ επέκταση από τον αριθµό N(m) στην εξίσωση (2.1). Όταν ορίσουµε N(m)=M τότε η αποκοπή θεωρείται τριγωνική (Triangular) και το φασµατικό µοντέλο περιγράφεται ως ΤΜ. Το πρώτο 5

γράµµα (Τ) χαρακτηρίζει το είδος της αποκοπής, ενώ ο Μ είναι ένας πραγµατικός αριθµός που χαρακτηρίζει το µέγεθος της αποκοπής και εποµένως τη χωρική ανάλυση του µοντέλου. Για παράδειγµα η πιο πρόσφατη έκδοση του µοντέλου είναι η Τ799. Αυτή η φασµατική ανάλυση αντιστοιχεί σε ανάλυση σηµείων πλέγµατος περίπου ίση µε 0.225º (σε µη-εναλλασσόµενο πλέγµα Arakawa-A). Ο λόγος που το παραπάνω είδος αποκοπής ονοµάζεται τριγωνική αποκοπή οφείλεται στο ότι στο χώρο κυµαταριθµών (m,n), οι χρησιµοποιούµενοι κυµαταριθµοί δηµιουργούν µία τριγωνική περιοχή (Σχήµα 2.2). Η τριγωνική αποκοπή συχνά αναφέρεται σαν ισοτροπική λόγω του ότι όλα τα σηµεία και διευθύνσεις στη σφαίρα µεταχειρίζονται µε τον ίδιο τρόπο. ηλαδή, η χωρική ανάλυση είναι περίπου η ίδια στη ζωνική και µεσηµβρινή διεύθυνση. Στην περίπτωση που N(m)= m +M η αποκοπή ονοµάζεται ροµβοειδής και τα µοντέλα περιγράφονται ως RM (π.χ. R62). Η ροµβοειδής αποκοπή έχει µερικά πλεονεκτήµατα όταν χρησιµοποιείται χαµηλή χωρική ανάλυση, αλλά σε υψηλές αναλύσεις η τριγωνική αποκοπή είναι ανώτερη (Holton 1992). Σχήµα 2.2 Γραφική παράσταση των χρησιµοποιούµενων κυµαταριθµών (έντονες µαύρες τελείες) στην περίπτωση τριγωνικής αποκοπής µε µέγεθος Μ (UCAR 2004). Παροµοίως µε τα µοντέλα που βασίζονται αποκλειστικά σε σηµεία πλέγµατος, στα φασµατικά µοντέλα οι υπολογισµοί των διαφόρων φυσικών διεργασιών γίνονται σε σηµεία πλέγµατος. Με αυτό τον τρόπο διατηρείται η απλότητα της αναπαράστασης των φυσικών διεργασιών σε σηµεία πλέγµατος, ενώ γίνεται εκµετάλλευση της ακρίβειας των φασµατικών µεθόδων στους υπολογισµούς των δυναµικών µεταβλητών. Το πλέγµα που χρησιµοποιείται είναι το πλήρως µειωµένο Γκαουσιανό 6

πλέγµα των Hortal and Simmons (1991), όπου ο αριθµός των σηµείων σε κάθε παράλληλο έχει επιλεχθεί έτσι ώστε η τοπική ανάλυση στη διεύθυνση ανατολήςδύσης να παραµένει σταθερή. 2.1.2 Παραµετροποιήσεις φυσικών διεργασιών Οι φυσικές διεργασίες που σχετίζονται µε την ηλιακή ακτινοβολία, τυρβώδη ροή, ανωµεταφορά, σχηµατισµό/εξάτµιση νεφών και υετού καθώς και οι υπεδάφιες και επιφανειακές διεργασίες έχουν σηµαντική επίδραση στην κυκλοφορία της ατµόσφαιρας σε όλες τις κλίµακες. Όµως, αυτοί οι µηχανισµοί είναι συχνά ενεργοί σε κλίµακες µικρότερες από τη χωρική ανάλυση του αριθµητικού µοντέλου. Τα διάφορα σχήµατα παραµετροποίησης είναι εποµένως αναγκαία για τη σωστή περιγραφή αυτών των διαδικασιών στα αριθµητικά µοντέλα. Επιπλέον ένας αριθµός προγνωστικών µετεωρολογικών παραµέτρων, όπως η θερµοκρασία στα 2 µέτρα, ο υετός, η νεφοκάλυψη και ο άνεµος στα 10 µέτρα, υπολογίζονται µέσω αυτών των παραµετροποιήσεων. Το αριθµητικό µοντέλο του Ευρωπαϊκού κέντρου περιλαµβάνει ένα µεγάλο πλήθος παραµετροποιήσεων (ECMWF 2004b) έτσι ώστε να αναπαριστά τις διάφορες φυσικές διεργασίες που συµβαίνουν σε κλίµακες µικρότερες από τη χωρική του ανάλυση (Σχήµα 2.3). Οι υπολογισµοί των φυσικών διεργασιών γίνονται µόνο στην κατακόρυφη διεύθυνση. Τα δεδοµένα εισόδου στα σχήµατα παραµετροποίησης είναι οι τιµές των προγνωστικών µεταβλητών (συνιστώσες ανέµου, θερµοκρασία, ειδική υγρασία, νεφοκάλυψη και περιεκτικότητα της ατµόσφαιρας σε νερό/πάγο), οι δυναµικές τάσεις αυτών των µεταβλητών και οι τιµές διαφόρων επιφανειακών πεδίων. Περιληπτικά, οι παραµετροποιήσεις του µοντέλου είναι οι: Σχήµα ακτινοβολίας. Εξαιτίας του ότι αυτό το σχήµα χρειάζεται σηµαντικό υπολογιστικό χρόνο κάθε πλήρης κύκλος του καλείται ανά 3 ώρες. Στον υπολογισµό της ακτινοβολίας χρησιµοποιούνται και κλιµατολογικές τιµές των αερολυµάτων, CO 2 και Ο 3. Ο υπολογισµός των ροών ακτινοβολίας δεν γίνεται σε κάθε σηµείο πλέγµατος, αλλά σε επιλεγµένα σηµεία χρησιµοποιώντας έναν αλγόριθµο που εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος. Στη συνέχεια τα αποτελέσµατα παρεµβάλλονται στο πλέγµα του µοντέλου χρησιµοποιώντας κυβική παρεµβολή. Οι ροές ακτινοβολίας µικρού µήκους κύµατος 7

ανανεώνονται σε κάθε χρονικό βήµα του µοντέλου χρησιµοποιώντας τις τιµές της ζενίθιας γωνίας. Το σχήµα λαµβάνει υπόψη την ύπαρξη νεφών µέσω των τιµών της νεφοκάλυψης και της περιεκτικότητας της ατµόσφαιρας σε νερό/πάγο, σε κάθε επίπεδο. Σχήµα 2.3 Σχηµατική αναπαράσταση των φυσικών διεργασιών που παραµετροποιούνται στο ντετερµινιστικό αριθµητικό µοντέλο του Ευρωπαϊκού κέντρου (ECMWF 2004b). Σχήµα τυρβώδους διάχυσης. Οι επιφανειακές ροές υπολογίζονται µέσω της θεωρίας οµοιότητας των Monin-Obukhov. Ο υπολογισµός των τυρβωδών ροών στην υπόλοιπη ατµόσφαιρα βασίζεται στη θεωρία της τυρβώδους διάχυσης. Εκτός των άλλων, σε αυτό το σχήµα υπολογίζονται τα πεδία της επιφανειακής θερµοκρασίας (skin temperature) και υγρασίας (apparent surface humidity). Σχήµα ορογραφικού εµποδισµού. Αυτό το σχήµα αναπαριστά τον εµποδισµό της ατµοσφαιρικής ροής σε χαµηλά επίπεδα εξαιτίας της ορογραφίας, καθώς και τις µεταφορές λόγω των βαρυτικών κυµάτων (σε κλίµακες µικρότερες της χωρικής ανάλυσης) που δηµιουργούνται από την επίδραση των βουνών σε ευσταθώς στρωµατοποιηµένη ροή. Σχήµα ανωµεταφοράς. Το σχήµα βασίζεται στον υπολογισµό της ροής της µάζας (mass-flux) που ανολισθαίνει, και διαιρείται σε αβαθή ανωµεταφορά καθώς και σε ανωµεταφορά που φτάνει σε µεσαία και µεγάλα ύψη. Στην 8

περίπτωση ανωµεταφοράς σε µεγάλα ύψη ο υπολογισµός της ροής της µάζας βασίζεται στην υπόθεση ότι η ιαθέσιµη υναµική Ενέργεια για Ανωµεταφορά (CAPE) θα µηδενιστεί σε ένα συγκεκριµένο χρονικό διάστηµα. Στην περίπτωση ανωµεταφοράς σε µεσαία ύψη η ροή της µάζας στη βάση των νεφών υπολογίζεται µέσω της µεγάλης κλίµακας κατακόρυφης ταχύτητας. Τέλος, ο καθορισµός της έντασης της αβαθούς ανωµεταφοράς γίνεται µέσω της υπόθεσης ότι στο ατµοσφαιρικό στρώµα κάτω από τα νέφη υπάρχει ισορροπία στατικής ενέργειας. Σχήµα νεφών και µεγάλης κλίµακας υετού. Το σχήµα επιλύει δύο προγνωστικές εξισώσεις για να υπολογίσει την περιεκτικότητα της ατµόσφαιρας σε νερό/πάγο καθώς και τη νεφοκάλυψη. Το σχήµα νεφών αναπαριστά το σχηµατισµό σωρρειτόµορφων και στρωµατόµορφων νεφών. Επίσης λαµβάνει υπόψη αρκετές σηµαντικές διεργασίες που συµβαίνουν στα νέφη, όπως εισροή στην κορυφή τους, σχηµατισµό υετού (σε υγρή και στερεή µορφή) και εξάτµιση του υετού. Σχήµα επιφανειακών και υπεδάφιων διεργασιών. Το σχήµα περικλείει προγνωστικές εξισώσεις για τη θερµοκρασία και υγρασία σε τέσσερα επίπεδα µέσα στο έδαφος, καθώς και για το χιόνι. Τα τέσσερα υπεδάφια στρώµατα είναι σε βάθη 0-7cm, 7-28cm, 28-100cm και 100-289cm. Ένα στρώµα κατακράτησης στην επιφάνεια συλλέγει τον υετό και τη δρόσο. Στον υπολογισµό της εξάτµισης το γυµνό χώµα, η βλάστηση και οι επιφάνειες µε χιόνι συνεισφέρουν χωριστά. Σχήµα οξείδωσης του µεθανίου. Αυτό είναι ένα απλό σχήµα που παραµετροποιεί τις πηγές υγρασίας στην ανώτερη στρατόσφαιρα λόγω της οξείδωσης του µεθανίου. Επίσης υπάρχει και ένα σχήµα που αναπαριστά την φωτόλυση των υδρατµών στη µεσόσφαιρα. Σχήµα χηµείας όζοντος. Το σχήµα περικλείει µία προγνωστική εξίσωση για τον υπολογισµό της αναλογίας µίγµατος του όζοντος. Αυτή η εξίσωση χρησιµοποιεί παραµετροποιηµένες τιµές για πηγές και καταβόθρες του όζοντος. Λεπτοµερείς περιγραφές των βασικών εξισώσεων του αριθµητικού µοντέλου του Ευρωπαϊκού κέντρου, της οριζόντιας και κατακόρυφης διακριτοποίησής του και των παραµετροποιήσεων δίνονται στα τεχνικά εγχειρίδια του Κέντρου (ECMWF 2004a, b). 9

2.2 Το σύστηµα στοχαστικής πρόγνωσης 2.2.1 Μέθοδοι στοχαστικής πρόγνωσης Η ατµόσφαιρα είναι ένα χαοτικό σύστηµα που έχει ως αποτέλεσµα µικρά λάθη στην εκτίµηση της παρούσας κατάστασης να µπορούν να διευρύνονται και να έχουν µεγάλη επίδραση στις προγνώσεις. Εξαιτίας του περιορισµένου αριθµού των διαθέσιµων παρατηρήσεων και της ανοµοιογενούς κατανοµής τους υπάρχει πάντοτε κάποια αβεβαιότητα στην εκτίµηση των παρόντων συνθηκών. Συγχρόνως τα αριθµητικά µοντέλα πρόγνωσης είναι συστήµατα διαφορικών εξισώσεων που χρησιµοποιούν προσεγγιστικές µεθόδους και που αναπαριστούν ένα µεγάλο πλήθος φυσικών διεργασιών µέσω παραµετροποιήσεων. Εποµένως η ύπαρξη λαθών τόσο στην αποτύπωση της παρούσας κατάστασης όσο και στην αριθµητική πρόγνωση είναι αναπόφευκτη. Γενικά τα σφάλµατα των αριθµητικών προγνώσεων προέρχονται από: - Σφάλµατα στις αρχικές συνθήκες των µοντέλων, π.χ. έλλειψη παρατηρήσεων, σφάλµατα των οργάνων µέτρησης, σφάλµατα του µοντέλου τα οποία διατηρούνται στο σύστηµα αφοµοίωσης δεδοµένων. - Το ότι οι προγνωστικές εξισώσεις των µοντέλων είναι σχετικά απλοποιηµένες µορφές των φυσικών νόµων που διέπουν την κίνηση της ατµόσφαιρας. Επίσης επιλύονται µε αριθµητικές µεθόδους, άρα προσεγγιστικά. - Το ότι οι διάφορες φυσικές διεργασίες (π.χ. τυρβώδη ροή στο οριακό στρώµα, κατακόρυφη µεταφορά λόγω αστάθειας, ηλιακή ακτινοβολία) αναπαριστάνονται µέσω παραµετροποιήσεων που περιέχουν υποθέσεις και προσεγγίσεις. - Τη χωρική ανάλυση του µοντέλου που δεν επιτρέπει σε διαταραχές µικρότερης κλίµακας να αναλυθούν επαρκώς. Η χωρική ανάλυση θέτει ένα όριο και στην ανάλυση των χαρακτηριστικών του εδάφους (π.χ. ορογραφία, φυτοκάλυψη). Εδώ πρέπει να σηµειωθεί ότι στα αριθµητικά µοντέλα οι τιµές των διαφόρων µετεωρολογικών παραµέτρων και των φυσιογραφικών χαρακτηριστικών της περιοχής ολοκλήρωσης αντιστοιχούν στη µέση τιµή τους στο κουτί πλέγµατος και όχι σε σηµειακές τιµές. Πρακτικά, τα παραπάνω σφάλµατα περιορίζουν τη δυνατότητα πραγµατοποίησης λεπτοµερών προγνώσεων καιρού σε χρονικές κλίµακες µεγαλύτερες από περίπου µία 10

εβδοµάδα. Στο Σχήµα 2.4 που δείχνει τη συσχέτιση ανωµαλιών 2 (anomaly correlation) του γεωδυναµικού ύψους στα 500 hpa στο µοντέλο του Ευρωπαϊκού κέντρου για το Βόρειο Ηµισφαίριο, φαίνεται ότι η προγνωσιµότητα χάνεται µετά από 7-8 µέρες. Αφού η πραγµατική κατάσταση της ατµόσφαιρας σε µια δεδοµένη χρονική στιγµή δεν είναι πλήρως γνωστή, µία ολοκληρωµένη περιγραφή του προβλήµατος της πρόγνωσης καιρού πρέπει να διατυπωθεί σε σχέση µε τη χρονική εξέλιξη µίας κατάλληλης συνάρτησης πυκνότητας πιθανότητας των ατµοσφαιρικών συνθηκών. Σχήµα 2.4 Συσχέτιση ανωµαλιών του σφάλµατος πρόγνωσης του γεωδυναµικού ύψους στα 500 hpa στο Βόρειο Ηµισφαίριο για 329 ηµέρες του 2003 και 2004 (Haseler 2004). Η στοχαστική πρόγνωση εµφανίζεται σαν η µόνη εφικτή µέθοδος για την πρόγνωση της εξέλιξης της συνάρτησης πυκνότητας πιθανότητας για την ατµόσφαιρα, πέρα από τη χρονική κλίµακα στην οποία η αύξηση των σφαλµάτων παύει να είναι γραµµική (Σχήµα 2.5). Οι Lorenz (1965) και Epstein (1969) εισήγαγαν την ιδέα της στοχαστικής πρόγνωσης στην αριθµητική πρόγνωση καιρού. Στη στοχαστική πρόγνωση η συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας κατά τον αρχικό χρόνο αναπαριστάνεται µέσω ενός πεπερασµένου συνόλου πιθανών αρχικών συνθηκών. Ένα µη-γραµµικό ατµοσφαιρικό µοντέλο ολοκληρώνεται µε αυτές τις αρχικές συνθήκες και θεωρείται ότι οι ιδιότητες της συνάρτησης πυκνότητας πιθανότητας σε 2 Στο στατιστικό τεστ της συσχέτισης ανωµαλιών (anomaly correlation), σκορ µικρότερα του 60% δηλώνουν την έλλειψη προγνωσιµότητας. 11

κάθε προγνωστική ώρα περιγράφονται από τα διάφορα στατιστικά που υπολογίζονται από το παραπάνω σύνολο στοχαστικών προγνώσεων. Εποµένως, αυτή η µέθοδος παρέχει ένα µέτρο του βαθµού της αβεβαιότητας των αριθµητικών προγνώσεων, γνωρίζοντας ότι οι προγνώσεις περιέχουν σφάλµατα. Σχήµα 2.5 Σχηµατική απεικόνιση της ντετερµινιστικής προσέγγισης της αριθµητικής πρόγνωσης καιρού (µπλε γραµµή), της πραγµατικής εξέλιξης του συστήµατος (κόκκινη γραµµή) και της εκτίµησης της συνάρτησης πυκνότητας πιθανότητας µελλοντικών καταστάσεων (κλειστοί µωβ σχηµατισµοί), σε γραµµικά και µη-γραµµικά συστήµατα (Πηγή: ECMWF). Ο Leith (1974) πειραµατίστηκε µε την ιδέα της στοχαστικής πρόγνωσης µε τυχαίες διαταραχές (µέθοδος Monte Carlo). Η εργασία του έδειξε ότι αν οι διαταραχές περιγράψουν σωστά την αβεβαιότητα των αναλύσεων, τότε η στοχαστική πρόγνωση, ακόµα και µε λίγα µέλη, µπορεί να είναι αρκετά χρήσιµη. Το βασικό ερώτηµα είναι µε ποιο τρόπο µπορούν να δηµιουργηθούν διαταραχές που αντανακλούν την πραγµατική αβεβαιότητα των αρχικών συνθηκών. Ο απλούστερος τρόπος είναι µέσω της χρήσης τυχαίων διαταραχών που αποτελούνται από τυχαίους αριθµούς στα σηµεία πλέγµατος του µοντέλου (Tribbia and Baumhefner 1988). Όµως τα τελευταία χρόνια έχει γίνει εµφανές ότι η χρήση τυχαίων διαταραχών δεν είναι ο καλύτερος τρόπος στοχαστικής πρόγνωσης. Η πιο διαδεδοµένη µέθοδος στοχαστικής πρόγνωσης είναι η «στοχαστική πρόγνωση των φτωχών» (poor-man s ensemble) η οποία χρησιµοποιείται µε διάφορες παραλλαγές (Rousseau and Chapelet 1985, Talagrand et al. 1998, Atger 1999, 12

Ziehmann 1998, 2000). Αυτή η µέθοδος βασίζεται στο συνδυασµό ανεξάρτητων αριθµητικών προγνώσεων από διάφορα µοντέλα ή προγνωστικά κέντρα. Οι Ziehmann (1998) και Atger (1999) έδειξαν ότι σε ορισµένες περιπτώσεις η χρήση ενός περιορισµένου αριθµού αριθµητικών προγνώσεων από διαφορετικά προγνωστικά κέντρα µπορεί να δώσει καλύτερα αποτελέσµατα από την τότε έκδοση του συστήµατος στοχαστικής πρόγνωσης του Ευρωπαϊκού κέντρου. Πρόσφατα, οι Buizza et al. (2003) έδειξαν ότι η νεότερη έκδοση 3 του συστήµατος στοχαστικής πρόγνωσης του Ευρωπαϊκού κέντρου εµφανίζει καλύτερη απόδοση από διάφορες παραλλαγές της µεθόδου «στοχαστικής πρόγνωσης των φτωχών». Προγνώσεις που εκκινούν από διαδοχικούς κύκλους αφοµοίωσης δεδοµένων (data assimilation cycles) τείνουν να αποκλίνουν µε ρυθµό µικρότερο, αλλά συγκρίσιµο, από το πραγµατικό σφάλµα (Lorenz, 1982). Η διαφοροποίηση ανάµεσα στην ανάλυση για κάποια χρονική στιγµή και στην ιδιαίτερα περιορισµένης χρονικής έκτασης πρόγνωση (very-short-range forecast) για τον ίδιο χρόνο µπορεί συνεπώς να θεωρηθεί ως αναπτυσσόµενη διαταραχή, συναφής µε την αβεβαιότητα στις αρχικές συνθήκες. Αυτή η ιδέα χρησιµοποιείται από τη µέθοδο LAF (Lagged-Average Forecasting) που προτάθηκε από τους Hoffman and Kalnay (1983), και στην οποία η στοχαστική πρόγνωση αποτελείται από προγνώσεις που εκκινούν από διαδοχικές αναλύσεις. Το πλήθος των µελών της µεθόδου LAF περιορίζεται από τον αριθµό των διαθέσιµων αναλύσεων σε σχετικά µικρό χρονικό διάστηµα, ενώ τα προγνωστικά µέλη δεν µπορούν να θεωρηθούν ισοπίθανα (τουλάχιστον σε µεσοπρόθεσµες προγνώσεις). Τις τελευταίες δεκαετίες, οι τεχνικές δηµιουργίας αρχικών διαταραχών βασίζονται σε στατηγικές που προσπαθούν να προσδιορίσουν τις διευθύνσεις µέγιστης αστάθειας. Τέτοια είναι η µέθοδος BGM 4 (Breeding of Growing Modes) που εφαρµόζεται στο Εθνικό Κέντρο Περιβαλλοντολογικών Προγνώσεων (NCEP) των Ηνωµένων Πολιτειών (Toth and Kalnay 1993) και η µέθοδος των πιο ασταθών µοναδιαίων διανυσµάτων (Singular Vectors) που εφαρµόζεται στο σύστηµα στοχαστικής 3 Οι Buizza et al. (2003) χρησιµοποίησαν την έκδοση T255L40 η οποία ήταν επιχειρησιακή από το Νοέµβριο του 2000 µέχρι και τον Ιανουάριο του 2006. 4 Η µέθοδος BGM βασίζεται στην υπόθεση ότι τα σφάλµατα των αρχικών συνθηκών οφείλονται κυρίως στις αστάθειες της κυκλοφορίας οι οποίες έχουν αναπτυχθεί στους προηγούµενους κύκλους αφοµοίωσης δεδοµένων. Τα συγκεκριµένα σφάλµατα διαφοροποιούνται από τα παραδοσιακά αναγνωρίσιµα τυχαία σφάλµατα που προέρχονται από τη µετρητική διαδικασία και τα οποία δεν αναπτύσσονται ταχέως καθώς δεν εµφανίζουν δυναµική οργάνωση. 13

πρόγνωσης του Ευρωπαϊκού κέντρου (Mureau et al. 1993, Palmer et al. 1993, Molteni et al. 1996). 2.2.2 Περιγραφή του συστήµατος του Ευρωπαϊκού κέντρου Το Σύστηµα Στοχαστικής Πρόγνωσης (Ensemble Prediction System - EPS) λειτουργεί επιχειρησιακά στο Ευρωπαϊκό Κέντρο από το εκέµβριο του 1992. Η βασική αρχή της µεθόδου είναι ότι µικρά λάθη στην ανάλυση, ιδιαίτερα σε ευαίσθητες περιοχές της ατµόσφαιρας, µπορούν να επηρεάσουν την πρόγνωση της ατµοσφαιρικής ροής κατά τη διάρκεια της προγνωστικής περιόδου. ηλαδή, µία πολύ λίγο διαφορετική ανάλυση µπορεί να προκαλέσει µία σηµαντικά διαφορετική πρόγνωση. Το EPS προσοµοιώνει τις πιθανές αβεβαιότητες των αρχικών συνθηκών προσθέτοντας µικρές διαταραχές στην αδιατάρακτη ανάλυση, εντός των ορίων της αβεβαιότητας της ανάλυσης. Από αυτές τις εναλλακτικές αναλύσεις παράγεται ένας αριθµός διαφορετικών προγνώσεων (Molteni et al. 1996). Αρχικά το σύστηµα λειτουργούσε σε πειραµατική βάση χρησιµοποιώντας 33 διαταραγµένα µέλη και οι προγνώσεις γίνονταν µε χωρική ανάλυση Τ63 και 19 κατακόρυφα επίπεδα (T63L19 - Palmer et al. 1993, Molteni et al. 1996). Από το 1996 τα µέλη της στοχαστικής πρόγνωσης αυξήθηκαν στα 51, που είναι το πλήθος που χρησιµοποιείται µέχρι και σήµερα, ενώ η έκδοση του µοντέλου αναβαθµίστηκε στην T159L31. Ένας αλγόριθµος που προσοµοιώνει τις αβεβαιότητες του αριθµητικού µοντέλου εξαιτίας τυχαίων σφαλµάτων στην παραµετροποίηση των φυσικών διεργασιών εισήχθη το 1998 (Buizza et al. 1999). Τον Οκτώβριο του 1999 ο αριθµός των κατακόρυφων επιπέδων αυξήθηκε στα 40 (έκδοση T159L40). Από το Νοέµβριο του 2000 µέχρι τον Ιανουάριο του 2006 το σύστηµα χρησιµοποιούσε χωρική ανάλυση Τ255 και 40 κατακόρυφα επίπεδα (Buizza et al. 2003), ενώ από την 1 η Φεβρουαρίου 2006 αναβαθµίστηκε σε Τ399 µε 62 κατακόρυφα επίπεδα (κεφάλαιο 3). Τα χρησιµοποιούµενα µέλη παρέµειναν 51. Τα 50 προγνωστικά µέλη δηµιουργούνται µε χρήση: α) ενός αριθµητικού µοντέλου σχεδόν ίδιου µε το ντετερµινιστικό, που όµως χρησιµοποιεί χαµηλότερη χωρική ανάλυση (T399L62) και που εκτείνεται σε µικρότερο ύψος, και β) των 50 διαταραγµένων αναλύσεων. 14

Το 51 ο µέλος χρησιµοποιεί: α) την παραπάνω έκδοση του αριθµητικού µοντέλου (T399L62), και β) την επιχειρησιακή ανάλυση. Οι 50 διαταραχές υπολογίζονται ανεξάρτητα για το Βόρειο και το Νότιο Ηµισφαίριο, ενώ από τον Ιανουάριο του 2002 υπολογίζεται και µία οµάδα διαταραχών για τις τροπικές περιοχές. Ο συνδυασµός τους αποτελεί τη βάση των 50 προγνώσεων του EPS που αρχικοποιούνται µε τις τροποποιηµένες αναλύσεις (Persson 2003). Οι αριθµητικές προγνώσεις που προέρχονται από τις τροποποιηµένες αναλύσεις έχουν ίσες πιθανότητες µεταξύ τους, αλλά θεωρούνται γενικά λιγότερο καλές από την ντετερµινιστική πρόγνωση που προήλθε από τη µη-τροποποιηµένη ανάλυση. Η επιτυχία του συστήµατος στοχαστικής πρόγνωσης εξαρτάται από την ικανότητά του να εστιάζεται σε περιοχές όπου µικρές αβεβαιότητες των αναλύσεων είναι πιθανό να έχουν σηµαντική επίδραση στις προγνώσεις (Persson 2003). To Ευρωπαϊκό κέντρο χρησιµοποιεί την τεχνική των µοναδιαίων διανυσµάτων (Singular Vectors) για να εντοπίσει τέτοιες ευαίσθητες περιοχές της ατµόσφαιρας (Buizza and Palmer 1995). Προκειµένου να γίνει εµφανής η έννοια των ευαίσθητων περιοχών, το Σχήµα 2.6 παρουσιάζει τη µη-γραµµική εξέλιξη δύο διαταραχών που αρχικά είναι πανοµοιότυπες αλλά έχουν τοποθετηθεί σε διαφορετικές περιοχές (Montani 1998). Στη δεξιά στήλη εµφανίζεται η εξέλιξη µίας διαταραχής που στον αρχικό χρόνο έχει µέγιστη τιµή ίση µε 0.2 hpa και έχει τοποθετηθεί σε µία ευαίσθητη περιοχή του υτικού Ατλαντικού. Αυτή η περιοχή είχε βρεθεί µέσω του υπολογισµού των µοναδιαίων διανυσµάτων. Στην αριστερή στήλη εµφανίζεται η εξέλιξη µίας πανοµοιότυπης διαταραχής που έχει όµως τοποθετηθεί σε µία µη-ευαίσθητη περιοχή. Είναι εµφανές ότι η διαταραχή που έχει αρχικά τοποθετηθεί στην ευαίσθητη περιοχή αναπτύσσεται γρήγορα και τελικά µετά από 42 ώρες πρόγνωσης βρίσκεται πάνω από το Ηνωµένο Βασίλειο, µε µέγιστο ίσο µε 7 hpa (δηλαδή 35 φορές την τιµή της αρχικής ανωµαλίας). Από την άλλη, η διαταραχή που είχε τοποθετηθεί σε µηευαίσθητη περιοχή δεν αναπτύσσεται (Σχήµα 2.6). 15

Τ+0 Τ+12 Τ+24 Τ+42 Σχήµα 2.6 Εξέλιξη δύο διαταραχών που αρχικά είναι πανοµοιότυπες αλλά έχουν τοποθετηθεί σε διαφορετικές περιοχές. Στην αριστερή (δεξιά) στήλη, εµφανίζεται η χρονική εξέλιξη της πίεσης στη µέση στάθµη της θάλασσας µετά από 0, 12, 24 και 42 ώρες (1 η, 2 η, 3 η και 4 η γραµµή αντίστοιχα) για τη διαταραχή που έχει τοποθετηθεί σε µία µη-ευαίσθητη (ευαίσθητη) περιοχή. Οι ισοπληθείς είναι οι 0.2, 1, 4 και 7 hpa. Το κόκκινο (µπλε) χρώµα αντιστοιχεί σε θετικές (αρνητικές) τιµές. (Montani 1998). Στο Ευρωπαϊκό κέντρο τα πρώτα 25 µοναδιαία διανύσµατα, που επιλέγονται έτσι ώστε να µην υπάρχει σηµαντική αλληλοκάλυψη, συνδυάζονται γραµµικά. Με αυτό τον τρόπο υπολογίζονται ηµισφαιρικές δοµές (διαφορετικές για κάθε ηµισφαίριο) οι οποίες είναι ικανές να προκαλέσουν σηµαντικές µεταβολές στις 48-ωρες προγνώσεις. (Persson 2003). Στη συνέχεια κατασκευάζονται άλλες 25 συµµετρικές διαταραχές. Αυτές οι 50 αρχικές διαταραχές κανονικοποιούνται έτσι ώστε τα τοπικά τους µέγιστα να είναι συγκρίσιµα µε τα τοπικά σφάλµατα της ανάλυσης και να έχουν µία ρεαλιστική διασπορά µετά από 48 ώρες. Οι τελικές διαταραχές είναι χωρικά ασυσχέτιστες. Πιο λεπτοµερής περιγραφή του συστήµατος στοχαστικής πρόγνωσης του Ευρωπαϊκού κέντρου, που περιλαµβάνει τη θεωρητική προσέγγιση και λεπτοµέρειες 16

για τους επιµέρους υπολογισµούς, δίνεται στο τεχνικό εγχειρίδιο του κέντρου µε τίτλο IFS Documentation CY25R1 Part V: The Ensemble Prediction System (http://www.ecmwf.int/research/ifsdocs/cy28r1/pdf_files/ensemble.pdf). 17

3. Νέα έκδοση υψηλής ανάλυσης Η νέα έκδοση του προγνωστικού συστήµατος που περιλαµβάνει σηµαντική αναβάθµιση στην οριζόντια και κατακόρυφη ανάλυση λειτουργεί επιχειρησιακά από την Τετάρτη 1 Φεβρουαρίου 2006. Η νέα έκδοση έχει ελεγχθεί διεξοδικά σε περισσότερες από 360 περιπτώσεις από τον Ιούλιο του 2004 έως το εκέµβριο του 2005. Η τελική διαµόρφωση του µοντέλου έτρεξε δοκιµαστικά από τον Οκτώβριο του 2005 παράλληλα µε τις υπόλοιπες επιχειρησιακές λειτουργίες του κέντρου. 3.1 Οριζόντια ιακριτοποίηση Το µοντέλο του Ευρωπαϊκού κέντρου κατά την ολοκλήρωσή του χρησιµοποιεί φασµατικές µεθόδους για την αναπαράσταση των µετεωρολογικών παραµέτρων στην οριζόντια διεύθυνση. Η έκδοση που έτρεχε επιχειρησιακά µέχρι το τέλος Ιανουαρίου 2006 ήταν η Τ511, δηλαδή χρησιµοποιείτο τριγωνική αποκοπή µε ζωνικό κυµαταριθµό ίσο µε 511 (Πίνακας 3.1), που αντιστοιχεί σε οριζόντια ανάλυση περίπου 0.351º. Η διασπορά των αποτελεσµάτων του µοντέλου γινόταν σε πλέγµα σηµείων µε ανάλυση 0.5º. Επιχειρησιακό µοντέλο (Ντετερµινιστικό) Σύστηµα Στοχαστικής Πρόγνωσης (EPS) Μέχρι 1/2/06 Από 1/2/06 Μέχρι 1/2/06 Από 1/2/06 Φασµατικό T511 Τ799 Τ255 Τ399 Γκαουσιανό N256 Ν400 Ν128 Ν200 ιασπορά (LL) Κατακόρυφα Επίπεδα του µοντέλου 0.5 0.25 1.0 0.5 60 91 40 62 Πίνακας 3.1 Η οριζόντια και κατακόρυφη ανάλυση του επιχειρησιακού µοντέλου (ντετερµινιστικού) καθώς και του συστήµατος στοχαστικής πρόγνωσης. Στα πλαίσια µε τη σκίαση εµφανίζονται τα χαρακτηριστικά της νέας αναβαθµισµένης έκδοσης (IFS c30r1). Στη νέα έκδοση (IFS c30r1) οι µετεωρολογικοί παράµετροι αναπαριστάνονται στη φασµατική ανάλυση Τ799 (Πίνακας 3.1) που αντιστοιχεί σε πλέγµα 0.225º. Η ορογραφία της Ευρώπης εµφανίζεται στο Σχήµα 3.1. Στην αναβαθµισµένη έκδοση υπάρχει καλύτερη κατανοµή ξηράς/θάλασσας και βελτιωµένη αναπαράσταση των κύριων τοπογραφικών χαρακτηριστικών. Αυτό αναµένεται να οδηγήσει σε καλύτερη 18

πρόγνωση κυρίως των κυκλοφοριών µέσης-α και β κλίµακας (π.χ. καναλισµών) καθώς και του ορογραφικού υετού. Η διασπορά των αποτελεσµάτων γίνεται σε πλέγµα σηµείων µε µέγιστη ανάλυση 0.25º που αποτελεί σηµαντική βελτίωση της διαθέσιµης µετεωρολογικής πληροφορίας. Όµως, για τους επόµενους µήνες και µέχρι να αναβαθµιστεί το δίκτυο της ΕΜΥ, η διάθεση των αποτελεσµάτων στο ΕΜΚ θα συνεχίσει να γίνεται σε ανάλυση 0.5º. Σχήµα 3.1 Η ορογραφία της Ευρώπης στη νέα έκδοση του επιχειρησιακού µοντέλου -IFS c30r1 (Miller and Untch 2005). Η ανάλυση του συστήµατος συνολικής πρόγνωσης βελτιώθηκε επίσης σηµαντικά στη νέα έκδοση του προγνωστικού συστήµατος. Μέχρι το τέλος Ιανουαρίου 2006 χρησιµοποιούταν ανάλυση Τ255 που αντιστοιχούσε σε πλέγµα 0.7º, αλλά από την 1 η Φεβρουαρίου 2006 αναβαθµίστηκε σε Τ399 (Πίνακας 3.1). 19

3.2 Κατακόρυφα Επίπεδα Στη νέα έκδοση του επιχειρησιακού µοντέλου (L91) η κατακόρυφη ανάλυση αυξήθηκε παντού σε σχέση µε την ανάλυση της προηγούµενης έκδοσης (L60). Η µεγαλύτερη αύξηση σηµειώνεται στο µέσo ύψος της τροπικής τροπόπαυσης (~100 hpa) όπου η ανάλυση διπλασιάστηκε. Επίσης το άνω όριο του µοντέλου υψώθηκε από τα 0.1 hpa στα 0.01 hpa. Αυτό σηµαίνει ότι το µοντέλο θα µπορεί να προσοµοιώνει την ατµοσφαιρική κυκλοφορία µέχρι περίπου το ύψος των 80 km. Η κατανοµή των 91 επιπέδων σε σχέση µε τα 60 της προηγούµενης έκδοσης εµφανίζεται στο Σχήµα 3.2α. Το Σχήµα 3.2β δείχνει το πάχος των στρωµάτων µεταξύ των επιπέδων του µοντέλου. Και στις δύο εκδόσεις η καλύτερη κατακόρυφη ανάλυση εµφανίζεται στο οριακό στρώµα και στην στρατόσφαιρα, ενώ είναι προφανής η αύξηση στην κατακόρυφη ανάλυση σε όλη την ατµοσφαιρική στήλη λόγω της χρήσης περισσότερων επιπέδων στη νέα έκδοση (L91). (α) (β) Σχήµα 3.2 α) Τα κατακόρυφα επίπεδα και β) το πάχος των στρωµάτων µεταξύ των επιπέδων της προηγούµενης έκδοσης του ντετερµινιστικού µοντέλου (L60 µπλε χρώµα) και της αναβαθµισµένης έκδοσης (L91 κόκκινο χρώµα) (Miller and Untch 2005). Η νέα έκδοση του συστήµατος στοχαστικής πρόγνωσης χρησιµοποιεί 62 κατακόρυφα επίπεδα, µε το ανώτατο επίπεδο να βρίσκεται περίπου στα 5 hpa, ενώ η προηγούµενη έκδοση είχε 40 επίπεδα που έφταναν µέχρι τα 10 hpa. Η θέση των επιπέδων της νέας έκδοσης είναι ίδια µε τη θέση των επιπέδων του ντετερµινιστικού µοντέλου µέχρι το 20

ισοβαρικό επίπεδο των 150 hpa. Πέρα από αυτό το ύψος η κατακόρυφη ανάλυση του συστήµατος στοχαστικής πρόγνωσης είναι µικρότερη από εκείνη του ντετερµινιστικού. Εποµένως, παρόµοια µε το προηγούµενο σύστηµα ένας µικρός αριθµός επιπέδων θα υπάρχουν στην στρατόσφαιρα. Αυτή η αντιστοιχία ανάµεσα στην κατακόρυφη ανάλυση του νέου συστήµατος στοχαστικής πρόγνωσης (L62) και του νέου ντετερµινιστικού µοντέλου (L91) είναι παρόµοια µε την αντιστοιχία ανάµεσα στο προηγούµενο σύστηµα στοχαστικής πρόγνωσης (L40) και ντετερµινιστικό µοντέλο (L60). Τα οφέλη από την αύξηση της ανάλυσης του µοντέλου αναµένονται να είναι πολλαπλά και να περιλαµβάνουν: α) καλύτερη αναπαράσταση της ορογραφίας και της κατανοµής ξηράς/θάλασσας, β) καλύτερη περιγραφή των συνοπτικών και υπο-συνοπτικών κυκλοφοριών, γ) βελτιωµένη αφοµοίωση των παρατηρήσεων, δ) βελτίωση της ποιότητας των προγνώσεων των διαφόρων µετεωρολογικών παραµέτρων, ε) µεγαλύτερο δυναµικό πρόγνωσης έντονων φαινοµένων. 3.3 Αξιολόγηση Η επίδραση της νέας έκδοσης στην απόδοση του προγνωστικού συστήµατος έχει εκτιµηθεί ελέγχοντας όλα τα τµήµατα του συστήµατος. Ο έλεγχος έδειξε την ύπαρξη µικρών αλλά στατιστικά σηµαντικών βελτιώσεων στην πρόγνωση των γεωδυναµικών υψών στα 500 hpa στην Ευρώπη καθώς και στις προγνώσεις στα µέσα γεωγραφικά πλάτη και των δύο ηµισφαιρίων (Σχήµα 3.3). Συνολικά η επίδραση στις διάφορες µετεωρολογικές παραµέτρους είναι µικρή. Όµως τα στατιστικά σκορ των κατακρηµνισµάτων στην Ευρώπη, και ειδικότερα των µεγάλων ποσών ηµερησίας βροχόπτωσης, βελτιώνονται συστηµατικά. Οι προγνώσεις της θερµοκρασίας και του ανέµου στη νέα έκδοση είναι γενικά καλύτερες όταν ο έλεγχος γίνεται µε δεδοµένα από ραδιοβολίσεις. Η πρόγνωση της θέσης και έντασης των τροπικών κυκλώνων στο νέο σύστηµα βελτιώνεται σηµαντικά (Σχήµα 3.4), µε µερικές περιπτώσεις όπως του κυκλώνα Κατρίνα (2005) να έχουν θεαµατικά αποτελέσµατα. 21

(α) (β) (γ) Σχήµα 3.3 Συσχέτιση ανοµαλιών του γεωδυναµικού ύψους στα 500 hpa α) για το Βόρειο ηµισφαίριο, β) για το Νότιο ηµισφαίριο και γ) για την Ευρώπη, για προγνωστικούς χρόνους µέχρι και 10 ηµέρες. Η µπλε γραµµή αντιστοιχεί στην προηγούµενη έκδοση του ντετερµινιστικού µοντέλου (T511L60), ενώ η κόκκινη γραµµή αντιστοιχεί στη νέα έκδοση (T799L91). (Miller and Untch 2005) Σχήµα 3.4 Το σφάλµα της πρόγνωσης της θέσης των τροπικών κυκλώνων, από την 17 η Ιουλίου έως την 18 η Αυγούστου 2005, για προγνωστικούς χρόνους µέχρι και 5 ηµέρες. Η µπλε γραµµή αντιστοιχεί στην προηγούµενη έκδοση του ντετερµινιστικού µοντέλου (T511L60), ενώ η κόκκινη γραµµή αντιστοιχεί στη νέα έκδοση (T799L91) (Miller and Untch 2005). 22

Το σύστηµα στοχαστικής πρόγνωσης έχει επίσης ελεγχθεί για 32 περιπτώσεις τον Ιούλιο και Αύγουστο του 2005 (Σχήµα 3.5), καθώς και στην περίοδο από 17 Οκτωβρίου µέχρι 30 Νοεµβρίου 2005. Το όφελος από την αύξηση της ανάλυσης είναι εµφανές στα στατιστικά σκορ των ανωµαλιών του γεωδυναµικού ύψους στα 500 hpa που βελτιώνονται συστηµατικά. Παροµοίως, η αξιολόγηση των προγνώσεων διαφόρων περιπτώσεων βροχόπτωσης στην Ευρώπη έδειξε ότι η νέα έκδοση του µοντέλου δίνει καλύτερα αποτελέσµατα όσον αφορά τους στατιστικούς ελέγχους Brier και ROC. (α) (β) Σχήµα 3.5 Σκορ ταξινοµηµένων πιθανοτήτων (Ranked Probability Skill Score) του γεωδυναµικού ύψους στα 500 hpa α) για τα µέσα γεωγραφικά πλάτη του Βορείου ηµισφαιρίου και β) για την Ευρώπη, για προγνωστικούς χρόνους µέχρι και 10 ηµέρες. Η κόκκινη γραµµή αντιστοιχεί στην προηγούµενη έκδοση T255L40 του συστήµατος στοχαστικής πρόγνωσης, ενώ η µπλε γραµµή αντιστοιχεί στη νέα έκδοσή του (T399L62). Ο έλεγχος έγινε για προγνώσεις του Ιουλίου και Αυγούστου 2005 (Miller and Untch 2005). 23

4. Προϊόντα του ντετερµινιστικού µοντέλου Ένας µεγάλος αριθµός προγνωστικών µετεωρολογικών παραµέτρων είναι διαθέσιµος από το ντετερµινιστικό µοντέλο του ECMWF στις διάφορες Εθνικές Μετεωρολογικές Υπηρεσίες που είναι µέλη του κέντρου. Οι διαθέσιµες προγνώσεις χωρίζονται σε τέσσερις κατηγορίες: α) σε οριζόντιες τοµές, β) σε χρονοσειρές µετεωρολογικών παραµέτρων, γ) σε µετεογράµµατα και δ) σε προγνώσεις τροχιών και έντασης τροπικών κυκλώνων. Σε αυτό το εγχειρίδιο περιγράφονται µόνο οι τρεις πρώτες κατηγορίες που εµπίπτουν στις ανάγκες και τα ενδιαφέροντα της Εθνικής Μετεωρολογικής Υπηρεσίας. Αρχικά, γίνεται αναφορά στα µετεωρολογικά πεδία που ήδη χρησιµοποιούνται από τους προγνώστες του ΕΜΚ. Τέλος αναφέρονται οι χρόνοι διάθεσης των διαφόρων προϊόντων από το Ευρωπαϊκό Κέντρο. 4.1 Πεδία που χρησιµοποιούνται στο ΕΜΚ Τα προϊόντα του ντετερµινιστικού µοντέλου που είναι καθηµερινά διαθέσιµα στο ΕΜΚ είναι κυρίως: - Η Πίεση στη µέση στάθµη της θάλασσας (οριζόντιες τοµές) - Το Γεωδυναµικό ύψος και θερµοκρασία στα 500 hpa (οριζόντιες τοµές) - Το Γεωδυναµικό ύψος και θερµοκρασία στα 850 hpa (οριζόντιες τοµές) - Ο Συνολικός αθροιστικός 3-ωρος και 6-ωρος υετός (οριζόντιες τοµές) - Η Ταχύτητα και ιεύθυνση ανέµου στα 1000, 850, 700, 300hPa (οριζόντιες τοµές) - Η Κατακόρυφη ταχύτητα στα 850, 700, 500 hpa (οριζόντιες τοµές) - Η Συνολική νεφοκάλυψη (οριζόντιες τοµές) Επίσης µε τη χρήση των προγνωστικών πεδίων του µοντέλου υπολογίζονται τα παρακάτω πεδία: - Η Θερµική µεταφορά στα 850 hpa (οριζόντιες τοµές) - Η Μεταφορά στροβιλισµού στα 500 hpa (οριζόντιες τοµές) - Οι είκτες αστάθειας Showalter και HI (οριζόντιες τοµές). Ένας επιπλέον αριθµός πεδίων είναι διαθέσιµος µόνο στον µετεωρολόγο της εκάστοτε βάρδιας που είναι υπεύθυνος για την πρόγνωση της κατάστασης της θάλασσας στην Ανατολική Μεσόγειο και τη Μαύρη θάλασσα. Αυτά τα πεδία είναι: - Η Πίεση στη µέση στάθµη της θάλασσας - Το Γεωδυναµικό ύψος στα 1000, 850, 700, 500, 400, 300, 250, 200 και 100 hpa - Η Θερµοκρασία στα 1000, 850, 700, 500, 400, 300, 250, 200 και 100 hpa 24

- Η Ταχύτητα και διεύθυνση ανέµου στα 1000, 850, 700, 500, 400, 300, 250, 200 και 100 hpa καθώς και στα 10 µέτρα από την επιφάνεια. - Η Σχετική Υγρασία στα 850, 700 και 500 hpa. - Η Ολική, χαµηλή, µεσαία και υψηλή νεφοκάλυψη - Ο Συνολικός αθροιστικός 3-ωρος, 6-ωρος και 12-ωρος υετός - Ο 3-ωρος και 6-ωρος υετός λόγω ανωµεταφοράς. - Η 3-ωρη και 6-ωρη χιονόπτωση 4.2 Οριζόντιες τοµές Σε αυτή την κατηγορία ανήκουν οι προγνώσεις που παρέχονται σε οριζόντιες τοµές στην επιφάνεια, σε προκαθορισµένα ύψη πάνω από την επιφάνεια (π.χ. η θερµοκρασία στα 2 µέτρα), σε υπεδάφια στρώµατα και στην ανώτερη ατµόσφαιρα. Αυτές οι τοµές µπορεί να είναι ισοϋψείς επιφάνειες, ισοβαρικά επίπεδα, επίπεδα του µοντέλου, ισεντροπικά επίπεδα και επίπεδα σταθερού δυναµικού στροβιλισµού, και να καλύπτουν οποιαδήποτε περιοχή της γης. Στις επόµενες υπο-παραγράφους υπάρχει πλήρης αναφορά των διαθέσιµων παραµέτρων καθώς και της οριζόντιας, κατακόρυφης και χρονικής ανάλυσής τους. α) Παράµετροι Στον παρακάτω πίνακα εµφανίζονται τα πεδία που µπορούν να διατεθούν σε οριζόντιες τοµές καθώς και οι κωδικοί και οι µονάδες τους. Μερικά από αυτά τα πεδία, όπως η φυτοκάλυψη και η τραχύτητα της επιφάνειας, παρέχονται µόνο στον χρόνο ανάλυσης. Εκτός από τα πεδία του Πίνακα 4.1 το Ευρωπαϊκό κέντρο παρέχει τεσσάρων και πέντε ηµερών µέσες τιµές του γεωδυναµικού ύψους στα 500 hpa, της θερµοκρασίας στα 850 hpa, της πίεσης στη µέση στάθµη της θάλασσας και της συνολικής βροχόπτωσης. Κωδικός Συντόµευση Όνοµα Πεδίου Μονάδες 3 PT υναµική Θερµοκρασία K 27 CVL Φυτοκάλυψη µε χαµηλά φυτά + 0-1 28 CVH Φυτοκάλυψη µε υψηλά φυτά + 0-1 29 TVL Τύπος χαµηλής φυτοκάλυψης + - 30 TVH Τύπος υψηλής φυτοκάλυψης + - 31 CI Κάλυψη από θαλάσσιο πάγο 0-1 32 ASN Ανακλαστικότητα Χιονιού 0-1 25

33 RSN Πυκνότητα χιονιού Kg/m 3 34 SSTK Θερµοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας K 35 ISTL1 Ice surface temperature level1 K 36 ISTL2 Ice surface temperature level 2 K 37 ISTL3 Ice surface temperature level 3 K 38 ISTL4 Ice surface temperature level 4 K 39 SWVL1 40 SWVL2 41 SWVL3 42 SWVL4 Κατ όγκο περιεκτικότητα του 1 ου υπεδάφιου στρώµατος σε νερό Κατ όγκο περιεκτικότητα του 2 ου υπεδάφιου στρώµατος σε νερό Κατ όγκο περιεκτικότητα του 3 ου υπεδάφιου στρώµατος σε νερό Κατ όγκο περιεκτικότητα του 4 ου υπεδάφιου στρώµατος σε νερό m 3 m -3 m 3 m -3 m 3 m -3 m 3 m -3 44 ES Εξατµιζόµενο Χιόνι m of water 45 SMLT Λιωµένο χιόνι m of water 49 10FG Ριπές ανέµου στα 10 µέτρια ++ m/s 53 MONT Montgomery Potential + m 2 s -2 54 PRES Πίεση Pa 57 UVB Υπεριώδης ακτινοβολία στην επιφάνεια Wm -2 58 PAR Photosynthetically active radiation at the surface Wm -2 59 CAPE ιαθέσιµη δυναµική ενέργεια για ανωµεταφορά Jkg -1 60 PV υναµικός στροβιλισµός m 2 s -1 Kkg -1 121 MX2T6 Μέγιστη θερµ. στα 2 µ. στις προηγούµενες 6 ώρες K 122 MN2T6 Ελάχιστη θερµ. στα 2 µ. στις προηγούµενες 6 ώρες 123 10FG6 Ριπές ανέµου στα 10 µ. στις προηγούµενες 6 ώρες m/s 128 BV Budget Values - 129 Z Γεωδυναµικό m 2 s -2 130 T Θερµοκρασία K 130 TA Θερµοκρασιακές Ανωµαλίες στα 850 hpa ** K 131 WIND Ταχύτητα και διεύθυνση ανέµου - 131 U U-ταχύτητα m/s 132 V V-ταχύτητα m/s 133 Q Ειδική υγρασία kg/kg 134 SP Πίεση στην επιφάνεια Pa 135 W Κατακόρυφη ταχύτητα Pa/s 136 TCW Συνολική ποσότητα νερού στη στήλη kg m -2 137 TCWV Συνολική ποσότητα υδρατµών στη στήλη kg m -2 138 VO Στροβιλισµός s-1 K 26

139 STL1 Θερµοκρασία του 1 ου υπεδάφιου στρώµατος K 139 ST Θερµοκρασία στην επιφάνεια K 141 SD Ύψος χιονιού m 142 LSP Μεγάλης-Κλίµακας υετός * m 143 CP Υετός λόγω ανωµεταφοράς * m 144 SF Χιονόπτωση * m 145 BLD Μείωση της ενέργειας στο οριακό στρώµα Wm -2 s 146 SSHF Επιφανειακή ροή αισθητής θερµότητας ++ Wm -2 s 147 SLHF Επιφανειακή ροή λανθάνουσας θερµότητας ++ Wm -2 s 148 CHNK Charnock - 151 MSL Πίεση στη µέση στάθµη της θάλασσας Pa 152 LNSP Λογάριθµος επιφανειακής πίεσης - 155 D Απόκλιση s-1 156 GH Γεωδυναµικό ύψος m 156 THK Πυκνότητα του στρώµατος 1000/500 hpa ** m 156 THKA Ανωµαλία της πυκνότητας του στρώµατος 1000/500 hpa ** 157 R Σχετική υγρασία - 159 BLH Ύψος του οριακού στρώµατος m 160 SDOR Τυπική απόκλιση της ορογραφίας + - 161 ISOR Anisotrophy Subgrid Orography + - 162 ANOR Angle of Subgrid Orography + rad 163 SLOR Slope of Subgrid Orography - 164 TCC Συνολική νεφοκάλυψη (0-1) 165 10WN Ταχύτητα και διεύθυνση ανέµου στα 10 µ. - 165 10U U στα 10 µ. m/s 166 10V V στα 10 µ. m/s 167 2T Θερµοκρασία στα 2 µ. K 168 2D Θερµοκρασία σηµείου δρόσου στα 2 µ. K 169 SSRD Surface solar radiat. downwards++ W m -2 s 170 STL2 Θερµοκρασία του 2 ου υπεδάφιου στρώµατος K 172 LSM Μάσκα Ξηράς/Θάλασσας + (0,1) 173 SR Τραχύτητα επιφάνειας + m 174 AL Ανακλαστικότητα + - 175 STRD Surface thermal radi. downwards++ W m -2 s 176 SSR Ηλιακή ακτινοβολία στην επιφάνεια ++ W m -2 s 177 STR Θερµική ακτινοβολία από την επιφάνεια ++ W m -2 s 178 TSR Ηλιακή ακτινοβολία στο άνω άκρο της ατµόσφαιρας m W m -2 s 27

179 TTR Θερµική ακτινοβολία στο άνω άκρο της ατµόσφαιρας W m -2 s 180 EWSS U-τάση* Nm -2 181 NSSS V-τάση* Nm -2 182 E Εξάτµιση ++ m of water 183 STL3 Θερµοκρασία του 3 ου υπεδάφιου στρώµατος K 186 LCC Νεφοκάλυψη από χαµηλά νέφη (0-1) 187 MCC Νεφοκάλυψη από µεσαία νέφη (0-1) 188 HCC Νεφοκάλυψη από υψηλά νέφη (0-1) 189 SUND ιάρκεια ηλιοφάνειας s 195 LGWS Latitude Gravity Wave Stress * Nm -2 s 196 MGWS Meridional Gravity Wave Stress * Nm -2 s 197 GWD Μείωση της ενέργειας των βαρυτικών κυµάτων * Nm -2 s 198 SRC Ποσότητα νερού στην επιφάνεια m (ofwater) 201 MX2T 202 MN2T Μέγιστη θερµοκρασία στα 2 µ. από την προηγούµενη µετεπεξεργασία αποτελεσµάτων++ Ελάχιστη θερµοκρασία στα 2 µ. από την προηγούµενη µετεπεξεργασία αποτελεσµάτων++ 203 O3 Αναλογία µίγµατος όζοντος κατά µάζα Kg/Kg 205 RO Απορροή 206 TCO3 Συνολικό Όζον στην κατακόρυφη στήλη Kg/m 208 TSRC Top Net Solar Radiation Clear Sky 209 TTRU Top Thermal Radiation Upward 210 SSRC Surface net solar radiation, clear sky W m -2 211 STRC Surface net thermal radiation, clear sky W m -2 228 TP Συνολικός υετός * m 234 LSRH Log Surface Roughness Heat - 235 SKT Θερµοκρασία στην επιφάνεια K 236 STL4 Θερµοκρασία του 4ου υπεδάφιου στρώµατος K 238 TSN Θερµοκρασία του στρώµατος χιονιού K 243 FAL Προγνωστική ανακλαστικότητα (0-1) 244 FSR Πρόγνωση επιφανειακής τραχύτητας m 245 FLSR Forecast Log Surf. Roughness Heat - 246 CLWC Περιεκτικότητα των νεφών σε νερό Kg/Kg 247 CIWC Περιεκτικότητα των νεφών σε πάγο Kg/Kg 248 CC Νεφοκάλυψη 0-1 K K Πίνακας 4.1 ιαθέσιµα προϊόντα του ντετερµινιστικού µοντέλου. * : δηλώνει συσσώρευση από την αρχή της πρόγνωσης, ** : δηλώνει φασµατικά φιλτραρισµένο πεδίο, + : διαθέσιµο µόνο στην ανάλυση, ++ : διαθέσιµο µόνο προγνωστικά. 28

β) Οριζόντια ανάλυση και Κατακόρυφη επίπεδα Τα προϊόντα είναι διαθέσιµα για οποιαδήποτε υπο-περιοχή του µοντέλου σε ένα πλέγµα σηµείων µε µέγιστη οριζόντια ανάλυση ίση µε 0.25ºx0.25º (γεωγρ. πλάτος γεωγρ. µήκος). Στην ανώτερη ατµόσφαιρα τα πεδία είναι διαθέσιµα στα ισοβαρικά επίπεδα των 1000, 925, 850, 700, 500, 400, 300, 250, 200, 150, 100, 70, 50, 30, 20, 10, 7, 5, 3, 2, 1 hpa. Τα πεδία επίσης µπορούν να διατεθούν στα υβριδικά επίπεδα του µοντέλου. Η δυναµική θερµοκρασία (PT), η πίεση (PRES), το γεωδυναµικό (Z), οι ταχύτητες U και V (U, V), η ειδική υγρασία (Q) και η αναλογία µίγµατος όζοντος κατά µάζα (Ο3) είναι διαθέσιµα στο επίπεδο δυναµικού στροβιλισµού ίσο µε 2000. Τα παραπάνω πεδία διατίθενται είτε προγνωστικά είτε για το χρόνο ανάλυσης του µοντέλου. Επίσης ένας αριθµός πεδίων είναι διαθέσιµα σε ισεντροπικά επίπεδα. Πιο συγκεκριµένα: - η πίεση (PRES), ο δυναµικός στροβιλισµός (PV), η ειδική υγρασία (Q), ο στροβιλισµός (VO), η απόκλιση (D) και η αναλογία µίγµατος όζοντος κατά µάζα (Ο3) είναι διαθέσιµα σαν πεδία ανάλυσης στα ισεντροπικά επίπεδα 265, 275, 285, 300, 315, 330, 350, 370, 395, 430, 475, 530, 600, 700 και 850. - η πίεση (PRES), ο δυναµικός στροβιλισµός (PV), ο στροβιλισµός (VO) και η απόκλιση (D) είναι διαθέσιµα και σαν προγνωστικά πεδία στα ισεντροπικά επίπεδα 300, 315, 330, 350, 370, 395, 475, 600 και 850. γ) ιαθέσιµοι χρόνοι Οι χρόνοι ανάλυσης του µοντέλου είναι οι 00, 06, 12 και 18 UTC. Οι προγνώσεις του µοντέλου από την 3η έως την 72η προγνωστική ώρα διατίθενται σε 3-ωρα διαστήµατα και βασίζονται σε δεδοµένα των 00 και 12 UTC. Από την 72η έως την 240η προγνωστική ώρα οι προγνώσεις διατίθενται σε 6-ωρα διαστήµατα και βασίζονται επίσης σε δεδοµένα των 00 και 12 UTC. 4.3 Χρονοσειρές Σε αυτή την κατηγορία ανήκουν τα προγνωστικά προϊόντα που παρέχονται µε τη µορφή χρονοσειράς µίας συγκεκριµένης παραµέτρου του επιχειρησιακού µοντέλου (T799L91) για συγκεκριµένη τοποθεσία. Οι χρονοσειρές µπορούν να καλύπτουν µια 29

προγνωστική περίοδο έως και 240 ώρες (10 ηµέρες) σε χρονικά βήµατα των 6 ή 12 ωρών. Τα δεδοµένα για αυτά τα προϊόντα λαµβάνονται από το βασικό πλέγµα του µοντέλου που χρησιµοποιείται για την παραγωγή των τυπικών διαθέσιµων πεδίων. Όταν οι συντεταγµένες της χρονοσειράς συµπίπτουν µε κάποιο σηµείο πλέγµατος τότε χρησιµοποιούνται οι τιµές του συγκεκριµένου σηµείου πλέγµατος. ιαφορετικά, η τιµή στη ζητούµενη τοποθεσία υπολογίζεται µέσω διγραµµικής παρεµβολής από τις τιµές στα τέσσερα πλησιέστερα σηµεία πλέγµατος. Γενικά όταν ζητούνται δεδοµένα σε κάποιο σηµείο πλέγµατος τότε α) πριν τον υπολογισµό της τιµής στη ζητούµενη τοποθεσία τα πεδία ανώτερης ατµόσφαιρας µετασχηµατίζονται από τις σφαιρικές αρµονικές του φασµατικού µοντέλου σε πλέγµα ανάλυσης 0.25ºx0.25º, και β) τα επιφανειακά πεδία αναπαριστάνονται σε ένα Γκαουσιανό πλέγµα (Ν400). Το Ευρωπαϊκό κέντρο παρέχει πλήρη ευελιξία όσο αφορά τον αριθµό των παραµέτρων και των τοποθεσιών για τον υπολογισµό των χρονοσειρών. Οποιοσδήποτε συνδυασµός µπορεί να ζητηθεί. Οι διαθέσιµες παράµετροι εµφανίζονται στον παρακάτω Πίνακα 4.2. Κωδικός Συντόµευση Όνοµα Πεδίου 49 10FG Ριπές ανέµου στα 10 µέτρα ++ m/s Μονάδες 59 CAPE ιαθέσιµη δυναµική ενέργεια για ανωµεταφορά (CAPE) J/K 129 Z Γεωδυναµικό* m 2 s -2 130 T Θερµοκρασία* K 131 U U-ταχύτητα* m/s 132 V V-ταχύτητα* m/s 142 LSP Μεγάλης-Κλίµακας υετός m 143 CP Υετός λόγω ανωµεταφοράς m 157 R Σχετική Υγρασία * - 228 TP Συνολικός Υετός kg/m 2 164 TCC Ολική νεφοκάλυψη (0-1) 167 2T Θερµοκρασία στα 2 µέτρα K 168 2D Θερµοκρασία σηµείου δρόσου στα 2 µέτρα K 165 10U U στα 10 µ. m/s 166 10V V στα 10 µ. m/s 30

144 SF Χιονόπτωση m 201 MX2T Μέγιστη θερµοκρασία στα 2 µ. από την προηγούµενη µετεπεξεργασία αποτελεσµάτων++ K 202 MN2T Ελάχιστη θερµοκρασία στα 2 µ. από την προηγούµενη µετεπεξεργασία αποτελεσµάτων++ 172 LSM Μάσκα Ξηράς/Θάλασσας (0-1) 151 MSL Πίεση στη µέση στάθµη της θάλασσας Pa 189 SUND ιάρκεια ηλιοφάνειας ** min Πίνακας 4.2 ιαθέσιµα προϊόντα σε µορφή χρονοσειρών. * : πεδία διαθέσιµα στα ισοβαρικά επίπεδα των 1000, 925, 850, 700, 500, 200 hpa, το γεωδυναµικό ύψος στην επιφάνεια είναι η ορογραφία, ** : η διάρκεια της ηλιοφάνειας δεν αντιστοιχεί σε αθροιστικές τιµές, αλλά σε τιµές από το προηγούµενο χρονικό βήµα που καθορίζεται στο µήνυµα, ++ : η ζητούµενη συχνότητα χρονικών βηµάτων λαµβάνεται υπόψη και δηµιουργούνται τα πεδία αντίστοιχα. K 4.4 Μετεογράµµατα Τα µετεογράµµατα είναι χρονοσειρές ενός συνόλου προκαθορισµένων προγνωστικών παραµέτρων. Τα δεδοµένα υπολογίζονται από πεδία σε πλέγµα ανάλυσης 0.25ºx0.25º τα οποία έχουν παρεµβληθεί από την πραγµατική ανάλυση του µοντέλου. Οι διαθέσιµες παράµετροι εµφανίζονται στον παρακάτω Πίνακα 4.3. Οι προγνωστικές τιµές κάθε παραµέτρου υπολογίζονται σε 6-ωρα βήµατα µέχρι την 120 η ώρα (5 η ηµέρα) και έπειτα σε 12-ωρα βήµατα µέχρι την 240 η ώρα (10 η ηµέρα). Κωδικός Συντόµευση Όνοµα Πεδίου Επίπεδο 164 TCC Ολική νεφοκάλυψη 228 TP Συνολικός Υετός επιφάνεια 151 MSL Πίεση στη µέση στάθµη της θάλασσας 165/166 WIND ιεύθυνση ανέµου στα 10 µέτρα 10m 165/166 WIND Ταχύτητα ανέµου στα 10 µέτρα 10m 167 2T Θερµοκρασία στα 2 µέτρα 2m 157 R Σχετική υγρασία 850hPa 130 T Θερµοκρασία 850hPa Πίνακας 4.3 ιαθέσιµα προϊόντα σε µορφή µετεογραµµάτων. Στο Σχήµα 4.1 παρουσιάζεται ένα µετεόγραµµα για την Αθήνα από την επιχειρησιακή πρόγνωση που αρχικοποιήθηκε στις 1200 UTC 2 Φεβρουαρίου 2006. 31

Τα πεδία που εµφανίζονται είναι η νεφοκάλυψη (σε όγδοα), τα συνολικά 6-ωρα κατακρηµνίσµατα (mm/6hr), η ταχύτητα ανέµου στα 10 µέτρα (m/s) και η θερµοκρασία στα 2 µέτρα (ºC) αφού πρώτα έχει αναχθεί στο ύψος του σταθµού. Πρέπει να σηµειωθεί ότι η διάθεση των µετεογραµµάτων γίνεται σε µορφή BUFR και όχι σε γραφικό όπως στο Σχήµα 4.1. Η οπτικοποίηση γίνεται από τους παραλήπτες των µετεογραµµάτων. Το µετεόγραµµα του Σχήµατος 4.1 οπτικοποιήθηκε από το Ευρωπαϊκό κέντρο. 4.5 Χρόνοι διάθεσης και µεταφοράς δεδοµένων Στους Πίνακες 4.4 και 4.5 εµφανίζονται οι χρόνοι διάθεσης των αναλύσεων και των προγνώσεων του ντετερµινιστικού µοντέλου του Ευρωπαϊκού κέντρου σε µορφή οριζοντίων τοµών. Τα µετεογράµµατα αποστέλλονται µαζί µε τα υπόλοιπα προϊόντα του µοντέλου για την προγνωστική ώρα 240 (10 η ηµέρα). Τα προϊόντα σε µορφή χρονοσειρών διατίθενται χωριστά από τις υπόλοιπες προγνώσεις σύµφωνα µε το χρονοδιάγραµµα του Πίνακα 4.6. Επίσης στους πίνακες 4.4-4.6 αναγράφονται και οι χρόνοι διάθεσης που ισχύανε µέχρι την 1 η Φεβρουαρίου 2006, οπότε και έγινε η µετάβαση στη νέα έκδοση του συστήµατος πρόγνωσης του Ευρωπαϊκού κέντρου. Ανάλυση (UTC) 1800 0000 0600 1200 Χρόνος διάθεσης (UTC) Μέχρι την 1/2/2006 06:30 06:45 18:30 18:45 Χρόνος διάθεσης (UTC) Από την 1/2/2006 05:45 05:50 17:45 17:50 Πίνακας 4.4 Οι χρόνοι διάθεσης των αναλύσεων του ντετερµινιστικού µοντέλου. Τα πλαίσια µε τη σκίαση αντιστοιχούν στη νέα αναβαθµισµένη έκδοση (IFS c30r1). Η µεταφορά των δεδοµένων στο ΕΜΚ γίνεται γενικά µέσα σε διάστηµα 5-10 λεπτών από το χρόνο διάθεσης τους από το Ευρωπαϊκό κέντρο. Η καθυστέρηση είναι λίγο µεγαλύτερη στα δεδοµένα της 2 ης και 3 ης προγνωστικής ηµέρας, και κυρίως στον κύκλο των 0000 UTC, εξαιτίας του αυξηµένου φόρτου του δικτύου. 32