NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken [email protected]
-
Upload
jasmine-khorvash -
Category
Documents
-
view
58 -
download
7
description
Transcript of NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken [email protected]
![Page 1: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/1.jpg)
NSO8055 Okeanograafiline prognoosJüri Elken [email protected]
Mereprognooside mudeli HIROMB ülevaade• konsortsium, ajaloost• mudelsüsteemi komponendid, arvutuste ajaline järgnevus• arvutusvõrgud• paralleelarvutused• mõned valideerimised• mereprognoosid Eestis
http://www.environment.fi/syke/hiromb
Vaata ka võrrandite ja modelleerimise materjale: http://www.msi.ttu.ee/~elken/OceanLim_Notes07.pdfhttp://www.msi.ttu.ee/~elken/OceanLim_Notes08.pdfhttp://www.msi.ttu.ee/~elken/OceanLim_Notes15.pdfhttp://www.msi.ttu.ee/~elken/OceanLim_Notes17.pdf
![Page 2: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/2.jpg)
HIROMB (High-Resolution Operational Model for the Baltic Sea) Läänemere operatiivne prognoosimudelite süsteemmoodustatud HELCOM naftareostuse prognoosi soovituse 12/6 täitmisekskaasajal ülesanded palju laiemad
konsortsiumilepingu alusel osalevad: Rootsi Meteoroloogia ja Hüdroloogia Instituut (SMHI) 1995Saksa Meresõidu ja Hüdrograafia Liiduamet (BSH) 1995Taani Kuninglik Meresõidu ja Hüdrograafia Administratsioon (RDANH) 1998Soome Keskkonnainstituut (SYKE) 2003TTÜ Meresüsteemide Instituut (MSI) 2005Läti Keskkonna-, Geoloogia ja Meteoroloogia Agentuur (LEGMA) 2007Venemaa Riiklik Hüdrometeoroloogia Ülikool (RSHU) 2007Gdanski MerendusinstituutSoome MeteoroloogiainstituutTaani Meteoroloogiainstituut
HIROMB konsortsium
![Page 3: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/3.jpg)
HIROMB konsortsiumilepingust
![Page 4: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/4.jpg)
HIROMB mudelkoodi areng
Põhineb Hamburgis (BSH) 1990-1995 arendatud süsteemile, tugineb nn Backhausi mudelile
Praeguseks on arenenud 3 erinevat versiooni
BSH, SMHI ja DMI (Taani Meteoroloogia Instituut)
erinevused:
numbriline algoritm (sh paralleelarvutused)välismõjude arvestamine (tuulepinge, soojusvood)turbulentsi ja jää moodulid
katsetatakse ka hübriidseid vertikaalkoordinaate
Kavandatud on eri versioonide võimekuse mahukas võrdlus, mille järel eri versioonide paremad komponendid liidetakse ning jäetakse käiku üks versioon; samal ajal arendustööd jätkuvad
projekt MyOcean annab ühildatud mudeli HIROMB-BOOS V1
![Page 5: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/5.jpg)
3D barokliinne hüdrodünaamika mudel:
• horisontaalsed liikumishulga võrrandid ning advektsiooni-difusioonivõrrandid temperatuuri ja soolsuse jaoks • diskretiseeritud horisontaalis Arakawa C-võrgul (nn “staggered grid”) sfäärilistes geograafilistes koordinaatides • diskretiseeritud vertikaalis fikseeritud kihtide järgi • horisontaalis ilmutatud ja vertikaalis ilmutamata skeem• veetaseme ja vertikaalis keskmiste horisontaalkiiruste jaoks “mode splitting” (barotroopne mood arvutatakse eraldi barokliinsest moodist) tehnika• vertikaalne liikumishulga võrrand hüdrostaatiline• rajatingimused merepinnal: tuul, õhurõhk, soojusvood, sademed ja aurumine• jõgede suudmes: magevee juurdevool • avatud radadel: suurema võrgusammuga mudelist veetase, hoovuskiirused, temperatuur, soolsus
HIROMB mudelsüsteemi komponendid
![Page 6: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/6.jpg)
turbulentsi κ-ω mudel (alates 15.11.2005); võrreldes varem kasutatud turbulentsi mudeliga on stratifikatsiooni prognoos paranenud, horisontaalne turbulents arvestatakse Smagorinsky valemiga
integreeritud hüdrodünaamika mudelisse
jää dünaamika ja termodünaamika mudel; rüsijää triiv ja deformatsioon Hibleri põhimõtte järgi;
ühildatud hüdrodünaamika mudeliga
lainetuse mudel; Rootsis SWAN, Taanis ja Saksamaal WAM
eraldiseisev mudel, ühildamine hüdrodünaamika mudeliga lõpetamata
HIROMB mudelsüsteemi komponendid (2)
![Page 7: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/7.jpg)
Näide liikumishulga võrranditest sfäärilistes koordinaatides
Wilhelmsson, 2002
![Page 8: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/8.jpg)
Cmod-is kasutatav diskretiseerimine
NB! Kuna vertikaalkoordinaat on suunatud alla, on paremakäelise kolmiku jaoks y-koordinaat suunatud lõunasse (mitte põhja nagu tavaliselt)
Wilhelmsson, 2002
![Page 9: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/9.jpg)
HIROMB arvutuste ajaline järgnevus
Wilhelmsson, 2002
![Page 10: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/10.jpg)
HIROMB arvutuste ajaline järgnevus
Programmi kood FORTRAN / C: SMHI mudel v3.0: 162 “füüsika” algfaili 8+32+16 paralleelarvutuse faili + ParMETIS teek55+15 GRIB töötlemise faili15 algandmete failijne + automaatselt sisseloetavad välismõjude failid
Wilhelmsson, 2002
![Page 11: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/11.jpg)
HIROMB mudelsüsteemi arvutusvõrgud
Wilhelmsson, 2002
![Page 12: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/12.jpg)
HIROMB versioon NB03
võrgusamm 3 miiliväljundfaili maht 2 854 680 B
16 vertikaalnivood4, 8, 12,18, 24, 30, 40, 50, 60, 75, 90, 110, 130, 160, 190, 230 m
Mudel Min Max Punkte Võrgusamm (kraadi)
Võrgusamm (miili / km)
Prognoosi ajad (UTC)
Prognoosi pikkus (tundi)
NB03 Lat 53.292 65.892 253 0.05000000 3.000 / 5.556 00:00
12:00
48
Lon 5.931 30.347 294 0.08333333 2.500 / 4.630
Kuni 2009, edaspidi on vertikaalsed sammud väiksemad
![Page 13: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/13.jpg)
Mudel Min Max Punkte Võrgusamm (kraadi)
Võrgusamm (miili / km)
Prognoosi ajad (UTC)
Prognoosi pikkus (tundi)
BS01 Lat 53.658 65.892 735 0.01666667 1.000 / 1.852 00:00 48
Lon 9.375 30.236 752 0.02777777 0.833 / 1.543
HIROMB versioon BS01
võrgusamm 1 miilväljundfaili maht 21 019 650 B
16 vertikaalnivood4, 8, 12,18, 24, 30, 40, 50, 60, 75, 90, 110, 130, 160, 190, 230 m
Kuni 2009, edaspidi on vertikaalsed sammud väiksemad
![Page 14: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/14.jpg)
HIROMB arvutuste ajakulu SMHI-s (2000)
Wilhelmsson, 2002
![Page 15: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/15.jpg)
Näide optimiseeritud paralleelsetest arvutuspiirkondadest
NB! Vajalik tõsine koostöö okeanograafia, numbrilise modelleerimise ja IT vahel
Wilhelmsson, 2002
![Page 16: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/16.jpg)
Hoovuste valideerimine Taani väinades
Väiksem võrgusamm ei taga alati paremat tulemust
Prognoositud hoovused liiga väikesed
RDANH
![Page 17: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/17.jpg)
Soolsuse valideerimine Taani väinades
DMI
![Page 18: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/18.jpg)
Hoovuste valideerimine Gdanski lähedal
MIG
![Page 19: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/19.jpg)
Hoovuste valideerimine Hanö lahes
SMHI
Prognoositud hoovused üldiselt liiga väikesed, kuid tugevamad hoovused võivad minna liiga suureks
![Page 20: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/20.jpg)
Meretaseme valideerimine Tallinnas
MSI
![Page 21: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/21.jpg)
HIROMB
HIRLAM
BOOS
ECMWF
HIROMB-Eesti
HIRLAM-Eesti
Kõrglahutusega (mõni km) Eesti ilmaprognoosi mudel
Prognooside koostamine Eesti rannikumerele ja
edastamine
Mereprognoos
Täpsuse ja operatiivsuse suurenemine
Väljund:
Rakendamise ajaskaala: test: mõni kuu
rutiinselt: 1 aastatest: 1-2 aastatrutiinselt: 2-3 aastat, usaldusväärselt 5 aastat
atmosfäär
meri
Lokaalsed prognoosimudelid kriitilistes rannikumere
piirkondades
Detailne lokaalne prognoos
operatiivseks tegutsemiseks
andmed, arendus
Täpsemad mereprognoosid HIROMB baasil Eestis, arengukava
aastast 2006
![Page 22: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/22.jpg)
Mereprognooside IT üldskeem
Praeguseks töötab 0.5
miilise sammuga
regionaalne mudel
![Page 23: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/23.jpg)
Regionaalne prognoosimudel HIROMB-EST
Horisontaalne võrgusamm 0.5 miili, vertikaalne võrgusamm 3 m (kuni sügavuseni 90 m)
Töötab alates 2009 kevadest
koostööprojekt EMHI-ga
tulemused näha ka EMHI veebilehel
![Page 24: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/24.jpg)
Meretaseme mõõtmisandmete vahetus reaalajas
![Page 25: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/25.jpg)
Meretaseme automaatjaam Lehtma sadamas
Juhtimisplokk
Andurid enne ja pärast paigaldamist
![Page 26: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/26.jpg)
HIROMB meretaseme prognoosi algandmed ja mõõtmised
![Page 27: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/27.jpg)
HIROMB meretaseme prognoosi nulli nihe
Põhjused ??? moonutatud hõõrdumine Taani väinades ja vead Läänemere täitumisel ja tühjenemisel ???
korrigeerimine “tagasi” rakendatud libiseva keskmisega (tuleviku mõõtmised pole prognoosi hetkel teada)
nulli nihe
lahutatakse mudeli toorväljundist maha
obsmodel
dayst
n
nt
7
0
![Page 28: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/28.jpg)
HIROMB meretaseme prognoos ja mõõtmised
Vigade okeanograafilised põhjused:• nulli nihe• võnkumiste faasinihe• lainest tingitud veetõus• jõesuudme mõju
+ ilmaprognooside vead
tormide ajal eriti tormi trajektoori muutus
![Page 29: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/29.jpg)
Total, n=20689
Rmse=1.99
Reduced, n=20101
Rmse=1.37
SST in the Gulf of Finland on 9 August, 2006
Cold water is brought to the surface in the southwestern Gulf of Finland.
Hiromb model forecast
MODIS image
SST 9 August 2006
Cold water is brought to the surface in the southwestern Gulf of Finland.
Hiromb model forecast
HIROMB model forecast
MODIS image
MODIS image
MODIS-HIROMB SST erinevus
Statistika:
MODIS: Rivo Uiboupin
![Page 30: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/30.jpg)
Temperatuuriprofiilide valideerimine Soome lahes
Model and CTD Model – CTD difference
Mudelis on kõrgem temperatuur
August-September 2006
![Page 31: NSO8055 Okeanograafiline prognoos Jüri Elken elken@phys.sea.ee](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020714/568130a0550346895d9699c1/html5/thumbnails/31.jpg)
Model and CTD
Soolsuse profiilide valideerimine Soome lahes
Model – CTD difference
Mudeli soolsus on üldiselt väiksem, väljaarvatud pinnakihis
August-September 2006