 Tahmin kullanıcı klavuzu(ECMWF) |
1. Giriş
“İyi tahmin uygulamalarının arkasında genellikle iyi teoriler gizlidir; eşit olarak, iyi teoriler iyi tahmin uygulamaları için bir temel sağlamalıdır.” Profesör Tor Bergeron, kişisel iletişim, 1974  Bu Kullanıcı Kılavuzunun amacı, meteorologların ECMWF'nin tahmin ürünlerinden en iyi şekilde yararlanmalarına yardımcı olmaktır - topluluk tahmin sürecinin anlaşılmasını artırmak, yeni ürünler geliştirmek, toplumun yeni sektörlerine ulaşmak, yeni talepleri karşılamak için. Kullanıcı Kılavuzu, Entegre Tahmin Sistemini (IFS) sunar ve çıktının en iyi nasıl kullanılacağına dair tavsiyelerde bulunur, özellikle tahmin bilgisine nasıl güven oluşturulacağı konusunda değil. Güvenilir olmayan iyi bir tahmin, değersiz bir tahmindir. ECMWF'nin birincil hedefi olduğundan ve orta vadeli NWP çıktısı genellikle kısa vadeli veya mevsimsel NWP ile ilgili olandan önemli ölçüde farklı olduğundan, vurgu orta vadeli tahmin ürünleri üzerindedir. Genişletilmiş aralık tahmini (16 ila 42. günler) çıktısı, bir yerde ve yılın zamanında 5-7 günlük bir tahmin süresi boyunca normdan anormalliklerin olasılıklarına odaklanır. Mevsimsel tahminler, önümüzdeki 6 haftadan sonraki olası koşulların bir göstergesini verir. Bunlar, 7 ay ilerisi için aylık tahminler vererek ve 12 ay ilerisine kadar uzatılmış tahminlerle üç ayda bir çalıştırılır. Çıktı, mevsimsel iklime göre anormallikler üzerinde yoğunlaşır. Yeni ürünler, şiddetli veya tehlikeli hava koşullarının erken uyarısına giderek daha fazla yardımcı oluyor. Bu kılavuz, ECMWF IFS'nin yapısı ve kullanımı ile yüksek çözünürlüklü tahmin (HRES), topluluk tahmini (ENS), genişletilmiş aralıklı tahmin ve mevsimsel tahmin modellerinin birbirine nasıl bağımlı ve etkileşim içinde olduğuna dair bir taslak vermeyi amaçlamaktadır. ECMWF IFS'nin özelliklerini daha görsel olarak açıklamak için ayrı çevrimiçi ECMWF eğitim kaynakları da mevcuttur.
Entegre Tahmin Sistemi - IFS
2.1 Küresel Atmosfer Modeli 2.2 Okyanus Dalgası Modeli - ECWAM 2.3 Dinamik Okyanus Modeli - NEMO 2.4 Atmosferik Model Veri Kaynakları 2.5 Model Veri Asimilasyonu, 4D-Var 2.6 Devam Eden Analiz Sırası Entegre Tahmin Sistemi - IFS ECMWF Entegre Tahmin Sistemi (IFS), çeşitli farklı şekillerde birbirine bağlanan birkaç bileşenden oluşur: Tahmin uzunluğuna uygun çeşitli çözünürlüklerde çalışan bir atmosferik model ( yüksek çözünürlük (HRES), topluluk (ENS), genişletilmiş aralık ve mevsimsel tahmin). çeşitli konfigürasyonlarla çalışan bir okyanus dalgası modeli (ECWAM) (HRES-WAM) deniz buzu modelini içeren bir okyanus modeli (NEMO) , Louvain-la-Neuve Deniz Buzu Modeli (LIM2) . bir göl modeli ( FLake) içeren bir kara yüzeyi modeli ( HTESSEL) . bir veri analiz sistemi (4D-VAR) . toplulukların üretimi için pertürbasyon teknikleri . Bunlar Şekil2.1, Şekil 2.2 ve Şekil2.3'te özetlenmiştir. Modeller ve programlar, analiz zaman aşımından günler, haftalar veya aylar öncesine kadar tahminler üretmek için işbirliği içinde çalışır.  Şekil2.1: ECMWF Entegre Tahmin Sistemi (IFS) IFS'nin bileşenleri arasındaki etkileşimleri gösterir (gözlem özümleme ve son işlem gösterilmemiştir)  Şekil2.2: Atmosferik, okyanus dalgası ve okyanus modelleri arasındaki fiziksel miktarların değişimi. Tüm modeller bilgi alışverişinde bulunur ve ayrıca Wave modeli, buz örtüsü üzerindeki Buz modeli bilgisinden kazanır. Atmosferik, okyanus dalgası ve okyanus modelleri arasındaki fiziksel miktarların değişimi. Atmosferik modeller şunları sağlar:
[*]Okyanus modeli şunları sağlar:
[*]Buz Modeli şunları sağlar:
 Şekil2.3: Atmosferik, okyanus dalgası ve okyanus modelleri arasında ECMWF Kuplaj dizisi ve fiziksel büyüklüklerin değişimi. Atmosferik Modeller, Dalga Modeli ( ECWAM ) ve Okyanus Modeli ( NEMO ) ile birleştirilir, çünkü: *okyanus, dünyanın büyük bir kısmı için atmosferin alt sınırıdır. *alt sınır, doğru bir şekilde modellendiğinde atmosfere önemli geri bildirim sağlar (özellikle aylık veya mevsimsel tahminler gibi uzun vadeli tahminler ve El Nino-Southern Salınım, ENSO gibi özellikler için önemlidir). *okyanus durumu (deniz buzu dahil) günlük bir zaman ölçeğinde değişebilir ve bu varyasyonlar, tahmin evrimi sırasında belirli durumlarda önemli olabilir. Okyanusun modellenmiş durumunun evrim üzerindeki önemli etkileri şunları içerir: *atmosferdeki dalgalardan sürüklenme (daha büyük dalgalar daha fazla sürükleme sağladığından alçakların aşırı derinleşmesini önlemeye yardımcı olabilir), *buz varyasyonları ve kapsamı (sınır sıcaklıkları hakkında daha fazla bilgi verir ve okyanus dalgalarının yayılmasını engelleyebilir), *okyanusa geri dönen veya okyanustan gelen fırtına veya kasırga (büyük bir fırtınanın geçişi veya sıcaklıkla tabakalı bir okyanus üzerinde depresyonun neden olduğu daha soğuk suyun yükselme potansiyeli). Atmosferik Modeller HTESSEL ve FLake ile birleştirilir çünkü: *kara, denizden daha az geniş bir alan için atmosferin alt sınırıdır, ancak karmaşık bir orografiye sahiptir ve enerji depolama ve alışverişi özelliklerinde çok daha fazla zamansal ve mekansal değişkenlik sergiler. *alt sınır, doğru bir şekilde modellendiğinde atmosfere önemli geri bildirim sağlar (kısa ve uzun vadeli tahminler için önemlidir). *kara kütlelerinin durumu (toprak nemi ve kar ve göl buzunun derinliği dahil olmak üzere) günlük bir zaman ölçeğinde değişebilir ve bu varyasyonlar, tahmin gelişimi sırasında belirli durumlarda önemli olabilir. Atmosferik evrimi etkileyebilecek modellenmiş arazi durumunun önemli yönleri şunları içerir: *yağış emilimi ve toprak nemi (sınır nem akışı hakkında daha fazla bilgi verin), *göllerdeki buz değişimleri (albedo ve sınır ısısı ve nem akışları hakkında daha fazla bilgi verir), *ısı akışlarının değerlendirilmesi için kara/göl sıcaklık değişimleri, *kar değişimleri ve kapsamı (albedo ve sınır ısısı ve nem akışları hakkında daha fazla bilgi verir). Birleştirilmiş model konfigürasyonu aşağıdakilerle birlikte kullanılır: *HRES (0 ila 10 Gün ) *ENS ( 0 ila 15 Gün). *Genişletilmiş Aralık tahmini 16 Gün ila 46 Gün , haftada iki kez. *Mevsimsel tahmin . Küresel Atmosfer Modeli , Okyanus Dalgası Modeli ve Dinamik Okyanus Modeli'nin yapıları ve IFS'de halihazırda kullanılan modellerin çözünürlüğü hakkında Kullanıcı Kılavuzunda daha fazla bilgi verilmektedir . Gerçek zamanlı tahminler, 4D-Var kullanılarak operasyonel analizden başlatılır . Çevrimdışı bir toprak yeniden analizi tarafından sağlanan toprak başlangıç koşulları (toprak sıcaklığı, toprak nemi, kar başlangıç koşulları) dışında, yeniden tahminler ERA5'ten başlatılır . Oceanic modelleri, gerçek zamanlı paket NEMOVAR'dan başlatılır .
2.1 Küresel Atmosfer Modeli
ECMWF Atmosferik Küresel Dolaşım modeli, dünya çapındaki atmosferin dinamik evrimini çözümlenmiş ölçekte tanımlar ve orta menzilli, genişletilmiş orta menzilli ve mevsimsel için kullanılır.tahminler. Tek tip model fiziği ve yapısının genel bir atmosferik modelidir. Her biri tahmin dönemine uygun çeşitli çözünürlüklerde küresel ölçekte yürütülür. Model, mevcut koşulların en doğru tahminini ve model fiziğinin en güncel açıklamasını kullanır. Modellenmiş tüm arazi yüzey koşullarını (örneğin kar örtüsü, toprak nemi), okyanus koşullarını (örneğin deniz yüzeyi sıcaklığı, deniz buzu) kullanır. Ayrıca, stratosfer ve atmosferik dinamik süreçlerin bir temsili de dahildir. Bunlar birlikte Rossby dalgası yayılımının, hava rejimi değişikliklerinin vb. sağlanmasına yardımcı olur.). Bununla birlikte, modelin tek bir yürütmesi kesin sonuçlar vermez, bu nedenle bir grup karışık çalıştırma da üretilir. Topluluğun üyeleri, her ikisi de olası gerçekler olduğuna inandığımız şeylerle büyüklük olarak orantılı olan başlangıç koşullarındaki ve fiziksel parametrelerdeki değişikliklerin aslında atmosferik evrim üzerinde yaratacağı etkiyi temsil edecek şekilde tasarlanmıştır. Bu, tahmindeki belirsizliğin değerlendirilmesini sağlar ve ayrıca hava sistemlerinin gelecekteki evriminin tahmin edilebilirliğinin bir göstergesini verir. 2.1.1 Model Yapısı
Atmosferik model formülasyonu (HRES, ENS, vb.) bir dizi temel denkleme dayanmaktadır. Bunlar ya:
Model denklemleri uzay ve zamanda ayrıklaştırılmış ve yarı Lagrange adveksiyon şeması ile sayısal olarak çözülmüştür. Bu, tahminin hesaplanmasını kabul edilebilir bir süre içinde ilerletmek için mümkün olduğunca büyük zaman adımları kullanırken istikrar ve doğruluk sağlar. Aynı anda çalışan diğer modeller, alttaki kara veya deniz yüzeylerinden gelen enerji, nem ve momentum akışlarını tanımlar. Bunlar: *Göller ve kıyı suları için bir programı ( FLake ) içeren bir Kara-Yüzey Modeli ( HTESSEL ), kendisi sıcaklık değişimleri ve ısı akışı ve albedo üzerinde etkili olan buz alanlarının gelişimi, çürümesi ve hareketi hakkında bilgi sağlar. *Dalga Modeli ( ECWAM ) *Isı akışı ve albedo üzerinde etkili olan deniz buzu alanlarının gelişimi, bozulması ve hareketi hakkında bilgi sağlayan bir program ( LIM2 ) içeren Dinamik Okyanus Modeli ( NEMO ).  Şekil 2.1.1 : ECMWF modelinde – Yüzeyden Stratosfere – alt ızgara ölçeği parametreli süreçler. Temel prognostik denklemler, spektral uzayda verimli bir şekilde işlenir ve bu, gereken bilgisayar süresinin küçük bir bölümünde yansıtılır. Bununla birlikte, birçok süreç, bilgisayar zamanının daha büyük, ancak yine de nispeten küçük bir oranını gerektiren ızgara noktası uzayında (örneğin yağış) hesaplanır. Bu ve spektral uzaydaki süreçler, ilişkili spektral dönüşümlerle birlikte yaklaşık olarak benzerdir. Spektral ve grid nokta uzayları arasındaki gerekli transpozisyonlar, bilgisayar zamanında önemli bir ek yüktür. Yarı lagrange hesaplamaları da işlem süresinin önemli bir bölümünü kaplar.  Şekil2.1.2: T799 (düzenli 25km çözünürlük ızgarası) ve 91 seviye (ENS için mevcut çözünürlük T co 640 (18km çözünürlük) ve 137 km'dir) dayalı bir atmosferik model tahmininin yürütülmesi sırasında bilgisayar işlem süresinin yaklaşık oranlarını gösteren şematik bir pasta grafik seviyeleri). Parametreli fiziksel işlemler, bilgisayar işlem süresinin yaklaşık %30'unu tüketir. Izgara noktası uzayındaki ve spektral uzaydaki hesaplamalar birlikte bilgisayar işlem süresinin yaklaşık %20'sini alırken, verilerin bir boşluktan diğerine aktarılmasında oldukça daha fazla zaman (~%27) alınır. Izgara noktası Çözünürlüğü *yatay çözünürlük *Dikey çözünürlük Yatay çözünürlük Yatayda, spektral bileşenlerin ve ızgara noktalarının ikili gösterimi kullanılır. Tüm alanlar ızgara noktası uzayında tanımlanır. Meridyenlerin kutuplara doğru yakınsamasından dolayı ızgara tamamen üniform değildir ve artık ızgara noktaları arasındaki ayrımın doğruya doğru ızgara noktalarının sayısı kademeli olarak azaltılarak neredeyse sabit tutulduğu bir İndirgenmiş Gauss Oktahedral Izgarası (Şekil 2.1.3) kullanılmaktadır. tüm ekstratropikal enlemlerde kutuplar . Gerçekte, her kadran içinde, ekvatordan bir sonraki enlem satırına bir adım uzaklaştıkça, iki ızgara kutusu (üçgenler) kaldırılır. Bu, enlem satırı başına kadran başına bir ızgara noktasının azalmasına eşittir (Şekil 2.1.3). Bu ızgara noktası yapılandırma sonucuhesaplama zamanından tasarruf sağlar. Yatay türevleri hesaplamanın rahatlığı ve zaman adımlı şemayı kolaylaştırmak için, küresel harmoniklerin bir dizi genişlemesine dayanan bir spektral temsil, yüzey basıncı, sıcaklık ve rüzgarlar, nemli değişkenler gibi prognostik değişkenlerin bir alt kümesi için kullanılır. ve bulut değişkenleri asla spektral uzaya dönüştürülmez. HRES IFS modeli, kutup ve ekvator arasında 1280 enlem çizgisine sahip bir Gauss ızgarası kullanır ve her enlem hattındaki ızgara noktası sayısı kutupların yakınında 20'den ekvator yakınında 5136'ya yükselir ve yaklaşık 9 km'lik bir çözünürlük verir. ENS IFS modeli, kutup ve ekvator arasında 640 enlem çizgisine sahip bir Gauss ızgarası kullanır ve her enlem hattındaki ızgara noktası sayısı kutupların yakınında 20'den ekvator yakınında 2576'ya yükselir ve yaklaşık 18 km'lik bir çözünürlük verir. Mevsimsel IFS modeli, kutup ve ekvator arasında 320 enlem çizgisine sahip bir Gauss ızgarası kullanır ve her enlem çizgisi üzerindeki ızgara noktası sayısı kutupların yakınında 20'den ekvator yakınında 1296'ya yükselir ve yaklaşık 36 km'lik bir çözünürlük sağlar. Dikey çözünürlük Dikey çözünürlük geometrik yüksekliğe göre değişir. Dikey çözünürlük, gezegen sınır tabakasında en yüksek (en iyi) iken, modelin tepesine yakın yerlerde daha kabadır. “σ-seviyeleri”, Dünya'nın orografisinin büyük varyasyonlara sahip olduğu troposferin alt katmanlarında dünya yüzeyini takip eder, ancak üst stratosfer ve alt mezosferde bunlar sabit basınç yüzeyleridir. Alt ve üst seviyeler arasında “σ-seviyelerinden” basınç seviyelerine yumuşak bir geçiş vardır. HRES , ENS ve Genişletilmiş Menzilli ENS IFS modelleri dikeyde 137 seviyeye sahiptir; en düşük dört seviye 10m, 31m, 54m, 79m'dir ( geometrik yükseklik ). Seasonal IFS modelinde dikeyde 91 seviye vardır; en düşük dört seviye 10m, 34m ,68m, 112m'dir. Bunlar yaklaşık jeopotansiyel yüksekliklerdir, ancak yüzey basıncına atıfta bulunulur (MSL değil). Doğru jeopotansiyel yükseklik için (MSL'ye göre) orografinin yüksekliği eklenmelidir.   Şekil 2.1.3: IFS tarafından kullanılan İndirgenmiş Gauss Oktahedral Izgarası. Genel olarak, çevreleyen bir oktahedrondan yeryüzüne bir projeksiyondan türetilir. Kutuplara doğru bile makul derecede tutarlı bir ızgara aralığı (dx) korunur. Oktahedronun tepesi kesilir. Küre üzerindeki renkler ızgaranın çözünürlüğünü gösterir.  Fig2.1.4A: IFS'nin HRES, ENS ve Extended Range konfigürasyonlarında kullanılan 137 seviye konfigürasyonu. Sigma seviyeleri, alt seviyelerde araziyi takip eder ve üst troposfer ve üzeri için sabit basınç seviyeleri haline gelir.  Fig2.1.4B: IFS'nin Mevsimsel konfigürasyonunda kullanılan 91 seviye konfigürasyonu. Sigma seviyeleri, alt seviyelerde araziyi takip eder ve üst troposfer ve üzeri için sabit basınç seviyeleri haline gelir.
Yüksek çözünürlük için gerekçe
Sayısal çözünürlük ne kadar yüksek olursa, hesaplamalar o kadar doğru olur. Yüksek bir uzaysal çözünürlük ayrıca topografik alanların (dağlar, kıyılar, adalar) ve bunların hem yerel hava durumu hem de büyük ölçekli akış üzerindeki etkilerinin daha iyi temsil edilmesini sağlar . Ayrıca, gözlemlerin daha iyi özümsenmesini kolaylaştıran yatay ve dikey yapıların daha doğru bir tanımını üretir. Bununla birlikte, İndirgenmiş Gauss Oktahedral ızgara (HRES ve ENS) kullanan modeller tarafından çözülebilen en küçük atmosferik özellikler , nominal ızgara noktası mesafesinin dört ila altı katı dalga boylarına sahiptir.. Bu tür küçük atmosferik sistemlerin nispeten birkaç saatlik bir öngörülebilirliği vardır, ancak bunların temsili farklı atmosferik ölçekler arasındaki enerji alışverişi için önemlidir. Çözünürlüğü artırmak (yani ızgara noktası aralığını küçültmek) hem büyük ölçekli sistemlerin (büyük ölçekli engelleme "omega" antisiklonları ve "kesinti düşükleri" gibi) hem de genellikle ilişkili küçük ölçekli sistemlerin analizlerine ve tahminlerine fayda sağlar. şiddetli hava ile. Büyük ölçekli bloke edici “omega” antisiklonların ve “düşük seviye”lerin oluşumunu doğru bir şekilde tahmin etme yeteneği, büyük ölçüde yeterli etkin çözünürlüğe bağlıdır. Orta ölçekli fenomenleri yakalamak için en az ~ 1 km'lik bir çözünürlük gereklidir. Çözünürlüğün tahmini yağış dağılımı ve yoğunluğu üzerindeki etkisinin bir gösterimi.  Şekil 2.1.5: Yağış tahminleri aynı dönem için (24 saat yağıştan T+69'a 6 Aralık 2015'te doğrulanıyor) çeşitli çözünürlüklerde (sistem 4 mevsimsel için 80 km, sistem 5 mevsimsel ve uzun menziller için 36 km (16-46. günler) çalışıyor , standart ENS için 18km, HRES için 9km ve gelecekteki olası bir çözünürlük için 5km).  Şekil 2.1.6: Şekil 2.1.5'teki gibi yağış tahminlerinin büyütülmesi. Sağ alttaki grafik, karşılaştırma için gözlemlenen yağış miktarını gösterir. Daha yüksek çözünürlük, yağmur gölgesi etkisinin daha iyi temsil edilmesini sağlar, ancak yine de hafife alınır (güneydoğu İngiltere). Şekil 2.1.5 ve Şekil 2.1.6, çözünürlüğün yağış üzerindeki etkisini, özellikle orografik iyileştirme ve yağmur gölgesi etkisini göstermektedir. Artan model çözünürlüğünün aşağıdakiler üzerindeki etkisi:
Güncelleme devam edecek.... |
| Konuyu Okuyanlar: |
| 1 Ziyaretçi |
