ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ ΠΡΟΓΝΩΣΗΣ ΚΑΙΡΟΥ. Κ. Λαγουβάρδος



Σχετικά έγγραφα
ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΓΝΩΣΗ ΚΑΙΡΟΥ - ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΓΝΩΣΗ ΚΑΙΡΟΥ - ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ

Κλιματική Αλλαγή. Χρήστος Σπύρου ΧΑΡΟΚΟΠΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΓΡΑΦΙΑΣ ΕΛ. ΒΕΝΙΖΕΛΟΥ 70, ΑΘΗΝΑ.

Αριθμητική πρόγνωση καιρού και η συμβολή της στην πρόγνωση τοπικών πλημμυρών

Προειδοποιήσεις πλημμυρών από μετεωρολογικές παρατηρήσεις και προγνώσεις

Πυθαρούλης Ι.

Ανάπτυξη προγνωστικού συστήματος ταχείας απόκρισης για την πρόγνωση της εξάπλωσης δασικών πυρκαγιών στα πλαίσια του προγράμματος DISARM

Μετεωρολογία. Ενότητα 7. Δρ. Πρόδρομος Ζάνης Αναπληρωτής Καθηγητής, Τομέας Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας, Α.Π.Θ.

Διασπορά ατμοσφαιρικών ρύπων

H ΠΡΟΓΝΩΣΗ ΤΟΥ ΚΑΙΡΟΥ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΗΠΕΙΡΟΥ

Η πολυπλοκότητα της Ατµόσφαιρας και οι δυσκολίες στην Πρόγνωση του Καιρού. ΕΘΝΙΚΗ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΗ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ρ Γ. Σακελλαρίδης Υποδιοικητής ΕΜΥ


Εργαστήριο του μαθήματος Κλιματική Αλλαγή. Κλιματικά Πλεγματικά δεδομένα Λογισμικό Integrated Data Viewer (IDV) Πέτρος Κατσαφάδος

Κεφάλαιο Αριθμητική Πρόγνωση Καιρού

Μετεωρολογία. Ενότητα 7. Δρ. Πρόδρομος Ζάνης Αναπληρωτής Καθηγητής, Τομέας Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας, Α.Π.Θ.

Συνθήκες ευστάθειας και αστάθειας στην ατμόσφαιρα

«Η μεθοδολογία υπολογισμού του Ανέμου για τη δημιουργία βιώσιμων αιολικών πάρκων»

Μετεωρολογία - Καιρός και Ασφάλεια Πτήσεων

Εξισώσεις Κίνησης (Equations of Motion)

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ. Διάλεξη 2: Περιγραφή αριθμητικών μεθόδων

ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ (Equations of Motion)

Κεφάλαιο 1 Σύνδεση τεχνικής υδρολογίας και πιθανοθεωρίας

Δυνάμεις που καθορίζουν την κίνηση των αέριων μαζών

39th International Physics Olympiad - Hanoi - Vietnam Theoretical Problem No. 3

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Φυσική Περιβάλλοντος. Εισαγωγή Διδάσκοντες: Καθηγητής Π. Κασσωμένος, Λέκτορας Ν.

Ανεμογενείς Κυματισμοί

Η επίδραση της κλιματικής αλλαγής στη μέση στάθμη των ελληνικών θαλασσών

Πληροφορίες σχετικές με το μάθημα

ΚΛΙΜΑ. ιαµόρφωση των κλιµατικών συνθηκών

ΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΙ Υ ΡΟΛΟΓΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΣΤΑ ΑΣΙΚΑ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΧΩΡΑΣ

Αριθμητική Ανάλυση. Ενότητα 1: Εισαγωγή Βασικές Έννοιες. Φραγκίσκος Κουτελιέρης Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Άσκηση 3: Εξατμισοδιαπνοή

Παράκτια Ωκεανογραφία

4η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΥΓΡΑΣΙΑ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΥ ΑΕΡΑ ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΧΕΣΗΣ ΜΕΤΑΞΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΑΕΡΑ ΚΑΙ ΥΓΡΑΣΙΑΣ

Ατμοσφαιρική Ρύπανση

AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ

Αρχές Μετεωρολογίας και Κλιματολογίας (Διαλέξεις 7&8)


ΓΕΝΙΚΟΤΕΡΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΤΗΣ ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΗΣ ΕΞΙΣΩΣΗΣ (πραγματική ατμόσφαιρα)

Θερμοδυναμική - Εργαστήριο

Προσομοίωση Μεταφοράς και ιασποράς Ρύπων με τη χρήση ενός Συστήματος Καταγραφής Επιφανειακών Ρευμάτων στη Θαλάσσια Περιοχή Λήμνου Λέσβου - αρδανελίων

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΓΙΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ MATLAB ΔΕΥΤΕΡΗ ΕΚΔΟΣΗ [ΒΕΛΤΙΩΜΕΝΗ ΚΑΙ ΕΠΑΥΞΗΜΕΝΗ]

Ατμοσφαιρική Ρύπανση

Παρακαλώ διαβάστε πρώτα τις πιο κάτω οδηγίες:

ΦΥΣΙΚΗ ΧΗΜΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ

Μελέτη και κατανόηση των διαφόρων φάσεων του υδρολογικού κύκλου.

ΔΙΑΛΕΞΗ 2 Μέθοδοι παρατήρησης και πρόγνωσης της θαλάσσιας κυκλοφορίας

Πίνακας Προτεινόμενων Πτυχιακών Εργασιών

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ. Εισαγωγή στη Φυσική της Ατμόσφαιρας: Ασκήσεις Α. Μπάης

Οι κλιματικές ζώνες διακρίνονται:

Κεφάλαιο 6. Εισαγωγή στη µέθοδο πεπερασµένων όγκων επίλυση ελλειπτικών και παραβολικών διαφορικών εξισώσεων

Εκμετάλλευση και Προστασία των Υπόγειων Υδατικών Πόρων

Εκτίμηση Επικινδυνότητας Βροχοπτώσεων από Τροπικούς Κυκλώνες

Πρόγνωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης

Παράκτια Υδραυλική & Τεχνολογία

1. Παράρτηµα. Θερµοδυναµικής της ατµόσφαιρας

ΙΑΛΕΞΗ 2 Μέθοδοι. παρατήρησης και πρόγνωσης της θαλάσσιας κυκλοφορίας. παρατήρησης. Περιεχόµενα: Κυριότερες πλατφόρµες

Εποχιακή (μεσοπρόθεσμη) πρόβλεψη κινδύνου πυρκαγιών. Αθανάσιος ΣΦΕΤΣΟΣ

Ατμοσφαιρική Ρύπανση

Κάθε ποσότητα ύλης που περιορίζεται από μια κλειστή

Γεωστροφική Εξίσωση. Στην εξίσωση κίνησης θεωρούμε την απλούστερη λύση της. Έστω ότι το ρευστό βρίσκεται σε ακινησία. Και παραμένει σε ακινησία

Παρατήρηση και πρόγνωση έντονων καιρικών φαινομένων: σχεδιάζοντας την επόμενη ημέρα

Αριθμητική Ολοκλήρωση της Εξίσωσης Κίνησης

ΤΡΑΠΕΖΑ ΘΕΜΑΤΩΝ ΦΥΣΙΚΗΣ ΔΥΝΑΜΙΚΗ (χωρίς τριβή) ΘΕΜΑΤΑ Β

ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ. Γενικά περί ατµόσφαιρας

Αριθμητική παραγώγιση εκφράσεις πεπερασμένων διαφορών

Κεφ. 2: Επίλυση συστημάτων εξισώσεων. 2.1 Επίλυση εξισώσεων

4. Παραγώγιση πεπερασμένων διαφορών Σειρά Taylor Πολυωνυμική παρεμβολή

ΓΕΝΙΚΗ ΚΛΙΜΑΤΟΛΟΓΙΑ - ΚΛΙΜΑ ΜΕΣΟΓΕΙΟΥ και ΚΛΙΜΑ ΕΛΛΑ ΟΣ

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

ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΡΕΥΣΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΣΤΗΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ ΜΕΓΑΛΩΝ ΑΤΥΧΗΜΑΤΩΝ

ΡΑΔΙΟΧΗΜΕΙΑ 2. ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7. ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

Παραδοτέο Π4.2 Τεχνική έκθεση θεωρητικής τεκµηρίωσης µοντέλων πρόγνωσης καταιγίδων

11/11/2009. Μέθοδος Penman Μέθοδος Thornwaite

4. Παραγώγιση πεπερασμένων διαφορών Σειρά Taylor Πολυωνυμική παρεμβολή

Μελέτη της Τροπόσφαιρας στο Νομό Ιωαννίνων με χρήση του MetricaNet

ΑΝΕΜΟΓΕNΗΣ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ (Wind-induced circulation)

Η ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΣΕ ΚΙΝΗΣΗ

Βύρων Μωραΐτης, Φυσικός MSc.

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον

Υδρομετεωρολογία Διεργασίες μεταφοράς

Νίκος Μαζαράκης Αθήνα 2010

Γιατί μας ενδιαφέρει; Αντιπλημμυρική προστασία. Παροχή νερού ύδρευση άρδευση

10. Εισαγωγή στις Μεθόδους Πεπερασμένων Στοιχείων (ΜΠΣ)

Ευστάθεια αστάθεια στην ατμόσφαιρα Αναστροφή θερμοκρασίας - μελέτη των αναστροφών, τα είδη τους και η ταξινόμηση τους

Συνήθεις διαφορικές εξισώσεις προβλήματα οριακών τιμών

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ

Ενότητα 6. Προγραμματισμός με Εφαρμογές στην Επιστήμη του Μηχανικού. Σιέττος Κωνσταντίνος

ΔΙΑΣΠΟΡΑ ΑΕΡΙΩΝ ΡΥΠΩΝ

Θερμοδυναμική του ατμοσφαιρικού αέρα

Υδραυλική των Υπόγειων Ροών

p = p n, (2) website:

Παράκτια Υδραυλική & Τεχνολογία

Κεφ. 7: Επίλυση ελλειπτικών διαφορικών εξισώσεων με πεπερασμένες διαφορές

ΓΕΩΣΤΡΟΦΙΚΗ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ (GEOSTROPHIC CIRCULATION)

Βραχυπρόθεσμη τοπική μετεωρολογική πρόγνωση με αναζήτηση ανάλογων καταστάσεων

ΤΕΙ Καβάλας, Τμήμα Δασοπονίας και Διαχείρισης Φυσικού Περιβάλλοντος Μάθημα: Μετεωρολογία-Κλιματολογία. Υπεύθυνη : Δρ Μάρθα Λαζαρίδου Αθανασιάδου

2. Τι ονομάζομε μετεωρολογικά φαινόμενα, μετεωρολογικά στοιχεία, κλιματολογικά στοιχεία αναφέρατε παραδείγματα.

Κεφ. 2: Επίλυση συστημάτων αλγεβρικών εξισώσεων. 2.1 Επίλυση απλών εξισώσεων

Transcript:

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ ΠΡΟΓΝΩΣΗΣ ΚΑΙΡΟΥ Κ. Λαγουβάρδος Ινστιτούτο Ερευνών Περιβάλλοντος Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΓΝΩΣΗ ΚΑΙΡΟΥ Επίλυση των εξισώσεων που περιγράφουν την εξέλιξη της ατμόσφαιρας 1. Δυναμικές εξισώσεις 2. Θερμοδυναμικές εξισώσεις 3. Εξισώσεις διατήρησης Δεν υπάρχει αναλυτική λύση 1. εύρεση ακριβούς αναλυτικής λύσης απλοποιημένης μορφής των εξισώσεων 2. αριθμητική επίλυση των βασικών εξισώσεων πάνω σε ένα πλέγμα

ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ 1922 : Richardson, πρόταση για πρόγνωση με αριθμομηχανές 1950 : Στον ΕNIAC πρόγνωση για τρεις περιπτώσεις 1966 : παγκόσμια κάλυψη, τοπογραφία, παραμετροποιήσεις (USA) 1970 : Ιδρυση του Ευρωπαϊκού Κέντρου Πρόγνωσης (ECMWF) 1979 : πρώτη πρόγνωση καιρού σήμερα : 10ήμερη πρόγνωση, οριζόντια ανάλυση ~40 km.

Φυσικές διεργασίες

Φυσικές διεργασίες

Μικροφυσική νεφών

ΠΛΕΓΜΑ (Grid) Αναπαράσταση των διαδικασιών σε πλέγμα Ανάγκη για πραγματοποίηση πολύ μεγάλου αριθμού υπολογισμών

Τρισδιάστατη αναπαράσταση πλέγματος μοντέλου

Κατακόρυφες συντεταγμένες

Κατακόρυφες συντεταγμένες Τρισδιάστατη απεικόνιση συντεταγμένων σίγμα (σ)

Βασικές εξισώσεις αριθμητικών μοντέλων (προγνωστικές εξισώσεις) u t = u u x v u y w u z fv 1 ρ v t = u v x v v y w v z fu 1 ρ T t T T T = u v w x y z H q t = u q x v q y w q z E P p x F x p y F y c t = u c x v c y w c z c t συμπ ύ κνωση c c t εξ ά τμιση t βροχ ή u,v,w: συνιστώσες ανέμου, f: παράμετρος Coriolis, p: πίεση, F: τριβή Τ: θερμοκρασία, Η: λανθάνουσα θερμότητα q: σχετική υγρασία, Ε= εξατμισοδιαπνοή, P: βροχή c: υδρατμοί

Βασικές εξισώσεις αριθμητικών μοντέλων (διαγνωστικές εξισώσεις) u x v y w z =0 p z = ρg P= ρ RT Η πρώτη εξίσωση είναι η εξίσωση συνέχειας Η δεύτερη εξίσωση είναι η υδροστατική εξίσωση Η τρίτη εξίσωση έιναι η καταστατική εξίσωση

Δεν υπάρχει αναλυτική λύση για τις εξισώσεις που περιγράφουν την εξέλιξη της ατμόσφαιρας (μή γραμμικές, μερικές διαφορικές) Οπότε είτε εύρεση ακριβούς αναλυτικής λύσης απλοποιημένης μορφής των εξισώσεων Πχ. γεωστροφικός άνεμος V g = 1 ρf p n ρ: πυκνότητα, f=10-4 s -1, p: πίεση, n : διεύθυνση κάθετη στις ισοβαρείς

ΠΡΟΓΝΩΣΗ ΚΑΙΡΟΥ δημιουργία ενός απλοποιημένου μοντέλου για το οποίο μπορούν να επιλυθούν οι εξισώσεις αρχικές προσπάθειες αριθμητικής πρόγνωσης περιγράφοντας την ατμόσφαιρα σαν ένα στρώμα ρευστού που περιβάλλει την γή αριθμητική επίλυση των βασικών εξισώσεων επίλυση μερικών διαφορικών εξισώσεων με την μέθοδο πεπερασμένων διαφορών σε διακριτά σημεία (grid points)

Επίλυση εξισώσεων-μέθοδος πεπερασμένων διαφορών Αντικαθιστούμε μια συνεχή διαφορά Ν/ x με διακριτές διαφορές ΔΝ/Δx. Χρησιμοπoιώντας ανάπτυξη σε σειρές Taylor, μπορούμε να γράψουμε: N x Δx =N x Δx N x 1 2 Δx 2 2 N x 2 1 6 3 N Δx 3 x 1 3 24 Δx 4 4 N x... 4 (Α) N x Δx =N x Δx N x 1 2 Δx 2 2 N x 2 1 6 Αφαίρεση της (Β) από την (Α) δίνει: 3 N Δx 3 x 1 3 24 Δx 4 4 N x... 4 (Β) N x = N N x Δx x Δx O Δx 2 2 Δx Κεντρική διαφορά (centered difference) Ο(Δx)2: σφάλμα αποκοπής

Αριθμητική επίλυση εξισώσεων Αριθμητική επίλυση της προγνωστικής εξίσωσης μεταβολής της υγρασίας, χρησιμοποιώντας προς τα εμπρός διαφορές για το χρόνο και κεντρικές διαφορές για το χώρο.

ΕΝΟΤΗΤΑ Β

Οριζόντια ανάλυση Η μεγαλύτερη ανάλυση επιτρέπει την λεπτομερέστερη περιγραφή των υσιογραφικών χαρακτηριστικών (πχ. κατανομή ξηράς-θάλασσας) της περιοχής μελέτης

40 N Δx=21 km Fine grid (~6 km) Coarse grid (~20 km) 20 E 30 E 30 N 500. 900. 500. Ionian Sea 500. 900. 1300 900. 900. 500. 1300 1300 500. 500. 900. 500. 900. 900. 500. 1300 900. 500. 900. 500. 900. 500. Athens 500. Aegean Sea 500. 900. 500. 500. 500. 900. 500. Naxos Δx=6 km Rhodos Crete Karpathos Η μεγαλύτερη ανάλυση επιτρέπει την λεπτομερέστερη περιγραφή των φυσιογραφικών χαρακτηριστικών (πχ. τοπογραφίας) της περιοχής μελέτης.

Οριζόντια ανάλυση Δx= 2 km Η μεγαλύτερη ανάλυση όμως απαιτεί πολύ μεγαλύτερο αριθμό υπολογισμών.

Global Circulation Model Limited Area Model Domain1 Limited Area Model Domain2 Linited Area Model Domain3

Γραφική αναπαράσταση των διαδικασιών σε ένα αριθμητικό μοντέλο πρόγνωσης καιρού

Αρχικές συνθήκες

Αρχικές συνθήκες

Σφάλματα πρόγνωσης Έλλειπής γνώση της αρχικής κατάστασης της ατμόσφαιρας και της επιφάνειας της Γης Ελλειπής κατανόηση των φυσικών διεργασιών Αποτέλεσμα: χρονικός περιορισμός της αξιοπιστίας της πρόγνωσης

XAOΣ Σ και ΠΡΟΓΝΩΣΙΜΟΤΗΤΑ Lorenz (1963): «ακόμα και με τέλεια μοντέλα και τέλειες παρατηρήσεις η χαοτική φύση της ατμόσφαιρας θα επέβαλε ένα άνω χρονικό όριο περίπου δύο εβδομάδων στην προγνωσιμότητα του καιρού» Για το λόγο αυτό αναπτύχθηκε η τεχνική του ensemble forecasting κατά την οποία πραγματοποιούνται πολλές προγνώσεις είτε διαταράσσοντας τις αρχικές συνθήκες ενός μοντέλου είτε χρησιμοποιώντας διαφορετικά μοντέλα.

ENSEMBLE PREDICTION

ENSEMBLE PREDICTION

Eπαλήθευση προγνώσεων - Verification observations 2 km forecast 8 km forecast

Eπαλήθευση προγνώσεων - Verification observations 2 km forecast 8 km forecast

Εφαρμογές Τα αποτελέσματα ενός μετεωρολογικού μοντέλου αποτελούν τις τιμές εισόδου πλήθους άλλων μοντέλων για εξειδικευμένες εφαρμογές: 1. Μοντέλα κυματισμού και θαλάσσιας κυκλοφορίας 2. Υδρολογικά μοντέλα για την πρόβλεψη πλημμυρών 3. Μοντέλα πρόβλεψης εξέλιξης δασικών πυρκαγιών 4. Μοντέλα πρόβλεψης διασποράς και διάχυσης αερίων ρύπων

Προγνώσεις καιρού Μπορείτε να βρείτε προγνώσεις καιρού για την Ελλάδα και την Ευρώπη, στις παρακάτω ιστοσελίδες: Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών http://www.noa.gr/forecast http://www.forecasts.gr http://www.eurometeo.gr