XIII. Országos Felsőoktatási Környezettudományi Diákkonferencia Közösségi numerikus időjárás-előrejelző modellek összehasonlító vizsgálata Készítették: André Karolina és Salavec Péter Fizika BSc, Meteorológia szakirány Témavezetők: Gyöngyösi András Zénó, Tasnádi Péter, Weidinger Tamás Veszprém 2012. Április 6-7. 14s Tisztelt közönség, tisztelt zsűri. André Karolina vagyok, harmadéves fizika bsc-s hallgató. Egy évfolyamtársammal, Salavec Péterrel közösen két, közösségi numerikus időjárás-előrejelző modell összehasonlító vizsgálatát végeztük el.

Tartalom Bevezetés A modellek szakmai és technikai jellemzői Gyakorlati részletek Eredmény: technikai környezet Alkalmazások: Esettanulmányok: Nagy-csapadékok időjárási helyzetek Hideg légpárnás helyzet Összefoglalás, további tervek 17s A bevezetés után a vizsgált modellekről szólnék néhány szót, melyet munkánk gyakorlati részletei követnek. Ennek eredményeként egy technikai környezet jött létre, melynek alkalmazásaként esettanulmányokat mutatunk be. Végül az összefoglalással és további terveinkkel zárjuk az előadást.

Bevezetés Időjárás-előrejelzés, légkörben lejátszódó folyamatok leírása. Eszközök: numerikus meteorológiai modellek Fontos ismerni a működésüket, fizikájukat. Oktatás. Közösségi modellek: ALADIN/CHAPEAU WRF Összevetés egymással és mérési adatokkal. Megbízhatóság növelése, fejlesztés. 43s Az időjárás-előrejelzés és a légkörben lejátszódó folyamatok leírásának ma már nélkülözhetetlen eszközei a numerikus meteorológiai modellek. A kapott eredmények értelmezéséhez ismernünk kell ezek működését, fizikáját. Ezen ismeret megszerzésének első lépcsőfoka az oktatás, melyet a közösségi modellek segítik, mint például az ALADIN/CHAPEAU és a WRF. E modellek között vannak hasonlóságok és különbségek. Hogyha a különbségeiket összevetjük egymással és a mérési adatokkal, akkor megtudjuk, hogy melyik miben jobb, így ki tudjuk javítani a hiányosságaikat, tehát fejleszteni tudjuk a modelleket. Hasonlóságok, különbségek.

A modellek szakmai és technikai jellemzői 60s-ba belefér A bevezetésben említett két közösségi modell egyike a CHAPEAU, két európai együttműködés eredménye, melynek Magyarország is tagja, tehát a fejlesztésekben az Országos Meteorológiai Szolgálat is részt vesz. A modellt és a hozzá szükséges adatokat ők bocsátották rendelkezésünkre. A WRF egy egyesült államokbeli fejlesztés, melynek világszerte nyolcvanezer felhasználója van, és az ELTE-n 2008 óta naponta kétszer futtatjuk előrejelzési és oktatási-kutatási célból. A két modell alapvetően eltér, ahogyan az ebben a táblázatban is látható. A CHAPEAU spektrális, a WRF rácsponti, az időbeli diszkretizációra használt sémájuk is más. A technikai dolgok közük kiemelném, hogy a bemenő adatok forrása és a kimenő adatok formátuma különböző a két modell esetében. Többféle vertikális koordinátarendszer használata lehetséges. Tehát a leglényegesebb eltérések, melyeket ki kellett küszöbölni: az eltérő fájlformátum, az eltérő horizontális és vertikális rács.

A technikai környezet létrehozása Közös fájlformátum: GRIB CHAPEAU: FA WRF: NetCDF Vertikális koordinátarendszer: nyomási namelist (paraméterfájl) Horizontális rács: A CHAPEAU kezdeti- és peremfeltételek az OMSz-tól érkeznek, kötött rácsfelbontással → megszabja a rácsot UPP – copygb Változók Az egységesítés nem teljes. gribeuse UPP GRIB 42s Közös fájlformátumnak a GRIB-et választottuk, egy tömörített, viszonylag könnyen kezelhető formátum. A CHAPEAU saját FA fájljaiból a gribeuse nevű fortran nyelven írt program, míg a WRF NetCDF fájljaiból az UPP, egy univerzális utófeldolgozó szoftver készít GRIB fájlokat. Közös vertikális koordinátarendszernek a nyomásit választottuk. (A szinteket a CHAPEAU esetében egy paraméterfájlban, a namelistben lehet beállítani. ((Ha ezt nem mondom el, akkor a diáról az alpontot is ki kell venni.))) A CHAPEAU kezdeti- és peremfeltételeket az OMSz-tól kapuk kötött rácsfelbontással, ami megszabja a rácsot. Ezért a WRF adatait interpoláltuk erre a rácsra az UPP copygb nevű komponensével. A változók egységesítése még nem teljes.

A közös rendszer 25s A két modell összehangolt futását egy általunk írt script vezérli, mely a képen látható lépéseket hajtja végre. Először egy rövid CHAPEAU integrálást végez. Az ebből kinyert rácsinformációk alapján történik a WRF futása. A vertikális szinteket a WRF kimenetéből kapja meg a CHAPEAU, így a végeredményként kapott adatok összehasonlíthatóak.

2010.08.16. Tornádós helyzet Magyarországon Esettanulmányok 2010.08.16. Tornádós helyzet Magyarországon 2008.12.30. – 2009.01.10. Hideg légpárna kialakulása a Kárpát-medencében

Esettanulmányok az Országos Meteorológiai Szolgálat honlapján: Polyánszky Zoltán, Csirmaz Kálmán: A 2010. augusztus 16-i tornádós helyzet meteorológiai körülményei http://www.met.hu/pages/tornados_helyzet_20100816.php Tóth Tamás, Kolláth Kornél: Hideg légpárnás időjárási helyzet a Kárpát-medencében 2008 utolsó napjaiban http://www.met.hu/pages/vihar20100618.php

2010.08.16. Magyarországtól nyugatra hidegcsepp helyezkedik el. Délelőtt meleg nedves szállítószalag a Dunántúl fölött (első zivatarok) Kora délután berobban a zivatarlánc Szélnyírási viszonyok kedveznek a mezociklonális tornádóknak Késő délután keleten a magassági divergencia támogatja a rendszert.

Hideg légpárna Kárpát-medence, levegőminőség Hidegfronttal hideg levegő érkezik a medencébe. Inverzió  a hideg levegő nem tud távozni. Magasban melegadvekció vagy Anticiklonra jellemző zsugorodási inverzió. Nincs számottevő horizontális (és vertikális) légmozgás : gyenge szél. Anticiklon, derült idő, tél  A hideg levegő tovább hűl, telítődik, köd képződik. Az inverzió felett kiszárad a levegő. Megszűnésük: magasban erős hidegadvekció (hidegfront) 57s kb A nagy-csapadékos helyzeteken kívül egy hideg légpárnás esetet is megvizsgáltunk. A hideg légpárna egy jellegzetes időjárási helyzet, mely télen a Kárpát-medencében gyakran előfordul. Ez a jelenség befolyásolja az emberek hangulatát valamint a levegőminőséget is, ezért is fontos vizsgálni. Hideg légpárna hegyekkel körülvett medencékben szokott kialakulni. Hogyha egy hidegfronttal hideg levegő érkezik a medencébe, és felette inverziós réteg alakul ki, a hideg levegő nem tud távozni. Az inverzió oka lehet egy magasban történő melegadvekció vagy általában egy anticiklon jelenléte (a vele járó zsugorodási inverzióval). A hideg légpárnára jellemző, hogy benne nincs számottevő légmozgás. Az anticiklonban uralkodó derült idő és a nappalok rövidsége miatt a felszín közelében a levegő tovább hűl, telítődik és köd képződik. Az inverzió felett pedig kiszárad a levegő.

Hideg légpárna CHAPEAU WRF Budapest (47.43°N 19.18°E) 125s (eddig) Még valami befejezés kell hozzá. És még annyi, hogy a CHAPEAU nagyobb nedvességet és erősebb inverziót adott, de a légnyomás és a szél jól egyezik a két modell esetében. Ezek nélkül már 2 percnél járok. :( Munkánk során a 2008-2009 téli hideg légpárnás helyzetet vizsgáltuk, a 2008. december 30. és 2009. január 10-e közötti időszakra készítettünk modellfuttatásokat. Az ábrákon bal oldalon a CHAPEAU, jobb oldalon pedig a WRF eredménye látható. A felső ábrák Budapestre készített meteogramok (a pontos koordináták itt alul vannak). A függőleges vonal jelölte időpontban ugyanerre a szélességi körre kelet-nyugat irányú vertikális metszeteket is készítettünk. A vertikális metszeteken barna színnel a felszíni légnyomás látható, mely a domborzatot jelképezi. A hideg légpárna jellegzetességeit legjobban a vertikális hőmérsékleti gradiens és a relatív nedvesség vertikális profilja mutatja ki. Előbbi az inverziót, utóbbi a ködöt és az inverzió feletti száraz légtömeget. A hőmérsékleti gradiens ezeken az ábrákon látható, amelyeken a kékes árnyalat utal az inverzióra. A relatív nedvesség itt látható. A fehér a száraz, az egyre sötétebb zöld pedig az egyre telítettebb levegőt mutatja. Mivel hideg légpárna anticiklonban alakulhat ki ezért itt (mutatom) a tengerszintre átszámított légnyomást is ábrázoltuk, amin jól látszik, hogy 2009. január elseje körül tényleg magas volt a légnyomás. A hideg légpárnák keletkezéséhez és megszűnéséhez hidegfrontok hozzájárulnak, amit a tíz méteres szélirány és szélsebesség változása jellemez, azt is ábrázoltuk. A 2009 január elsején érkező hidegfront itt látszik, amikor átfordul a szél északira. Ezután lassan megszűnt az inverzió, vele együtt a légpárna. Itt pedig egy másik front látható, ami jobban kivehető, mert még a szél is megerősödik, de utána lecsökken, és ismét kialakul egy hideg légpárna. Budapest (47.43°N 19.18°E)

Összefoglalás Technikai környezet  összevethető modelleredmények Alkalmazásai: Esettanulmányok Konvektív esetek: térképek – verifikáció (pl. radar- adatokkal való összevetés) Hideg légpárna: meteogramok és vertikális metszetek – a jelenség kialakulásának és jellemzőinek bemutatása. 60s-ba belefér Tehát munkánk során létrehoztunk egy technikai környezetet, mely két alapjában eltérő modell eredményeit összevethetővé teszi. Dolgozatunkban foglalkoztunk az inicializációval, mely vizsgálatra egy származtatott paraméter időbeli menete alkalmas. Az esettanulmányok során térképeket készítettünk, melyeket később radarképekkel össze lehet vetni, tehát modell verifikálásra jók. A hideg légpárnát meteogramok és vertikális metszetek segítségével vizsgáltuk, melyek alkalmasak a jelenség kialakulásának és jellemzőinek bemutatására.

További tervek Naponta kapott CHAPEAU adatokból készített futások publikálása az interneten (folyamatban). Esettanulmányok: kvantitatív összehasonlítás (pl. rádiószonda vs. virtuális szonda) Nyári anticiklonális helyzet vizsgálata. A rendszer hordozhatóságának biztosítása Megfelelő dokumentáció. 60s-ba belefér Folyamatban lévő terveink között szerepel az OMSz-tól naponta kapott adatokból készített CHAPEAU futások online publikálása. (+OMSz-ban telepített CHAPEAU --> oktatásba bevont modell a következő félévtől :) ) További tervünk az esettanulmányokkal kapcsolatban kvantitatív összehasonlítások elvégzése valamint a modelladatok verifikálása, például rádiószondás adatokkal összehasonlítani virtuális szondákat. Tervezzük egy nyári anticiklonális helyzetet is megvizsgálni, valamint az inicializációval további vizsgálatokat végrehajtani. A rendszer hordozhatóságát is szeretnénk biztosítani, amihez a megfelelő dokumentáció elkészítése is szükséges.

Köszönjük a figyelmet! Külön köszönet az Országos Meteorológiai Szolgálat munkatársainak: Bölöni Gergelynek Horányi Andrásnak Kullmann Lászlónak Mile Máténak Szépszó Gabriellának