Teraz jest niedziela, 18 lis 2018, 16:29


Numeryczne Prognozowanie Pogody [NWP]

Zbiór wszelkich artykułów związanych z pogodą, opracowań oraz innych przydatnych informacji
  • Autor
  • Wiadomość
Offline

Damian Zbieg

Sympatyk

Sympatyk

  • Posty: 1165
  • Dołączył(a): czwartek, 25 gru 2008, 14:26
  • Lokalizacja: Żary ( Lubuskie )
  • Pseudonim: congestus
  • Numer GG: 8436566

Numeryczne Prognozowanie Pogody [NWP]

Postpiątek, 9 kwi 2010, 21:05

Pomyślałem nad tym, aby napisać coś odnośnie popularnego narzędzia prognostycznego jakim są modele pogodowe. Wyszukałem trochę informacji w Internecie w języku polskim. Mam nadzieję, że poniższe artykuły przydadzą się zwłaszcza prognozującym i wydającym ostrzeżenia, którzy mają najwięcej z nimi do czynienia ;)


Modelowanie pogody

Prognozowanie numeryczne polega na sporządzeniu matematycznego modelu danego zjawiska pogodowego, a następnie odpowiedniemu rozwiązaniu otrzymanych równań. Prognoza opiera się o warunki początkowe, pochodzące z globalnej sieci obserwacji i pomiarów meteorologicznych. Dane meteorologiczne potrzebne do rozwiązania równań uzyskuje się w wyniku procedury zw. asymilacją danych, która polega na weryfikacji i przyjęciu poprawnych danych do modelu. W celu powiązania tych danych z siatką obliczeniową przeprowadza się ich interpolację do punktów siatki i uzgadnia się z równaniami modelu. Ten etap nazywa się inicjalizacją modelu. Dopiero w tym momencie można przeprowadzić obliczenia ewolucji pól meteorologicznych. Równania ruchu cząstek powietrza wprowadza się zakładając, że powietrze jest płynem. W modelach atmosferę opisuje się jako wiele dyskretnych elementów - gridów, na które oddziaływają rozmaite procesy fizyczne. Aby prawidłowo przewidzieć pogodę, należy przeprowadzić obliczenia nie tylko dla powierzchni ziemi, ale również dla wyższych poziomów atmosfery. Obliczenia w modelach wykonuje się w punktach nazywanych węzłami siatki. Poza węzłami wyznaczana właściwość jest przybliżana na podstawie wartości z najbliższych węzłów.

Obrazek

Obrazek

Matematyczny model zjawisk atmosferycznych stanowi zatem siatkę punktów, w których są określane wszystkie elementy meteorologiczne. Punkty takie leżące na jednakowe wysokości nad poziomem morza tworzą tzw. powierzchnie liczące. Jest wiele takich powierzchni, odpowiadające różnym poziomom troposfery. W ten sposób uzyskujemy model trójwymiarowy, który może wyglądać tak;

[IMG=http://img140.imageshack.us/img140/4563/3dmodel.th.png][/IMG]

Wynikiem obliczeń są pola elementów meteorologicznych spakowane formatem GRIB (zgodnym ze standardem WMO). GRIB to niewielkie pliki cyfrowe zawierające wyniki obliczeń modeli, czyli gotową prognozę. Pliki te są dekodowane dzieki specjalnym programom, które generują różne grafiki.

Dokładność prognozy pogody zależna jest od gęstości punktów w siatce. Odległość w poziomie pomiędzy sąsiednimi węzłami definiuje poziomą rozdzielczość modelu, podobnie pionowa. Im jest ona mniejsza, tym rozdzielczość jest lepsza i więcej szczegółów może być uwzględnionych w modelu. Pod tym względem modele dzielimy na globalne, mezoskalowe i regionalne. Różnią się one obejmowanym obszarem. Coraz częściej dostępne są także modele mikroskalowe.

Od lewej; model globalny, regionalny, mezoskalowy, mikroskalowy.

Obrazek [IMG=http://img179.imageshack.us/img179/9928/regionalmodel.th.png][/IMG] Obrazek Obrazek

Pośrednim, wygodnym wyjściem jest stosowana powszechnie koncepcja zagnieżdżania modeli, polegająca na przejściu od modelu globalnego do obejmujących coraz to mniejszy obszar modeli mezoskalowych. [ przykładem jest GFS].Pełny model numeryczny, za pomocą którego otrzymuje się numeryczną prognozę pogody, składa się więc z trzech części (poziomów):

:arrow: zamkniętego układu równań opisujących zjawiska fizyczne w atmosferze,
:arrow: algorytmów numerycznego rozwiązywania tych równań
:arrow: kodu, który pozwala na uzyskanie rozwiązania na konkretnym superkomputerze czy maszynie obliczeniowej.

Prognozowanie

Prognozując pogodę trzeba zmierzyć się na bieżąco z olbrzymią liczbą zdarzeń, które w każdej sekundzie zachodzą w atmosferze ziemskiej. Sprawdzalność w dużej mierze zależy od aktualnych warunków meteorologicznych. Np. stabilna pogoda sprzyja prognozowaniu nawet z kilkudniowym wyprzedzeniem, zaś niestabilna na odwrót. Trudniej też jest prognozować zjawiska o małej skali jak np. opady konwekcyjne.

Zalety

-Model działa na podstawie algorytmów, które tak samo obliczają daną wielkość.
-Parametry są wyliczone przez superkomputery w znacznie krótszym czasie niż ręczne opracowywanie prognozy.
-Ogromne możliwości symulacji wielu zjawisk pogodowych.



Ograniczenia prognozowania;

- równania matematyczne przedstawiają uproszczoną atmosferę.
- Brakuje odpowiednio gęstej. globalnej sieci obserwacyjnej. Jeżeli dane wejściowe są niekompletne to prognoza nie będzie dokładna.
- każdy model tworzy inną prognozę, co szczególnie widoczne jest w dłuższym przedziale czasu.


Numeryczne metody prognozowania pogody nie mogą z dowolną dokładnością odwzorować tak złożonego obiektu fizycznego jakim jest atmosfera Ziemi. Istotnym problemem związanym z numerycznym prognozowaniem jest jego krótko terminowość, wymuszająca nieustanną kontrolę oraz weryfikacje otrzymanych wyników. Użycie dyskretnej siatki dla odwzorowania ciągłej atmosfery, niedokładność darych. Nie jest to jednak jedyną przyczyną ograniczeń stosowalności numerycznego prognozowania.Problem tkwi także u podstaw każdego modelu, w matematycznym opisie atmosfery i stosowanych uśrednień danych. Modele nie byłyby doskonałe nawet w przypadku pokonania powyższych trudności. Odkrycia tego dokonał w 1963 r. amerykański meteorolog Edward N. Lorenz. Niewielka przyczyna: fluktuacja temperatury czy wiatru, może po krótkim czasie wywołać ogromny skutek. To są najistotniejsze wnioski z odkrycia Lorenza, zwanego ''efektem motyla''. Dlatego też niemożliwe jest prawidłowe prognozowanie pogody na więcej niż kilka kolejnych dni. Nigdy nie znamy przecież chwilowych warunków pogodowych na tyle dokładnie. Niech przykładem będą wyliczenia danych parametrów przez różne modele.

Temperatura na poziomie 850 hPa;

Obrazek

Geopotencjał 500 hPa;

Obrazek

Wniosek nasuwa się sam. Im dalej w czasie tym bardziej różne są prognozy, aż dochodzimy do chaosu.

Teoria Lorenza ma jednak przeciwników. Np. jeden z naukowców z Uniwersytetu Colorado w USA twierdzi np., że mały wzrost od źródła może zaistnieć, ale tylko do pewnego momentu. Potem następuje efekt zwijania i powrotu anomalii do pierwotnego źródła. Profesor twierdzi, że zjawisko "efektu motyla" nie ma wpływu na większą skalę.

Źródła;

http://www.wig.wat.edu.pl/nmp/index.html
http://meteorologiaonline.republika.pl
http://www.stawiarz.pl/projekty/ksn/gpp.pdf
http://www.igf.fuw.edu.pl/igf/images/st ... pogody.pdf
http://pl.wikipedia.org/wiki/Numeryczna_prognoza_pogody
personal.psu.edu
http://www.stronameteo.go-longhorn.net/ ... modele.htm
http://edukacjawpolsce.pl

Powrót do Wiedza meteorologiczna

Kto przegląda forum

Użytkownicy przeglądający ten dział: Brak zidentyfikowanych użytkowników i 1 gość

cron