Vázlat - u-szeged.hu · Az eszközök megvannak! Mérőállomásokat és mérőhálózatokat kell...
Transcript of Vázlat - u-szeged.hu · Az eszközök megvannak! Mérőállomásokat és mérőhálózatokat kell...
Vázlat
1. A szinoptika története
2. Az előrejelző rendszer építőelemei
3. Az előrejelzés készítésének módja
4. Előrejelzési produktumok
5. Verifikáció
2
Mit jelentenek a szinoptika és a meteorológia szavak?
ARISZTOTELESZ (Kr. e. 384-322)
szerint
a változhatatlan szféra (ég)
és a változó szféra (földfelszín)
közötti jelenségek neve: METEOR
3
Példák a METEOR szó előfordulására:
4
METEOROLÓGIA (logosz= tudomány):
a földfelszín és az égbolt közötti jelenségek tudománya
LÉBÉSZET v. LÉGTÜNEMÉNYTAN (a nyelvújítás korában)
SZIN-v. SYN-(görögül) = együtt, egyszerre;
OPSZISZ = látás (optika);
SZINOPSZIS = áttekintés, összegzés;
SZINOPTIKUS = áttekintő, összefoglaló;
SZINOPTIKUS SZEMLÉLET ↔ KLIMATOLÓGUS SZEMLÉLET
5
A SZINOPTIKUS METEOROLÓGIA TÖRTÉNETÉNEK FŐBB SZAKASZAI
I. A KEZDETEKTŐL 1657-IG: AZ EMPÍRIA KORA:
műszeres mérések nincsenek,
kizárólag tapasztalaton alapuló megfigyelések
A korszak végén készülnek el az első, meteorológiai célra is használható mérőeszközök:
HŐMÉRSÉKLETMÉRÉS:
Galilei (1605) és Santorio (1612): termoszkóp (a hőmérsékletkülönbség mérése)
LÉGNYOMÁSMÉRÉS:
Torricelli és Viviani kísérlete 1643-ban
6
II. 1657-1820: A BAROMÉTER KORA:
Mérföldkő: az első műszeres (kísérleti) meteorológiai mérések
1657 és 1667 között működött az Accademia del Cimento (A Kísérletezés Akadémiája), azaz a Firenzei Tudományos Akadémia.
Jelszó: „Provando e riprovando” (Kíséreld meg újra és újra!)
Alapítók: II. Ferdinánd nagyherceg és fivére Leopold.
Rendszeres előadások és mérési demonstrációk a Pitti-palotában
7
Az eszközök megvannak!
Mérőállomásokat és mérőhálózatokat kell szervezni!
1781-1792: Societas Meteorologica Palatina (más néven Mannheimi Társaság);
alapító: Károly Tódor pflazi választófejedelem;
szervező: Jakob Hemmer (1733-1790) fizikus, udvari káplán.
mannheimi órák: 7, 14 és 21 órakor kell megfigyelni;
39 állomás (Buda is!), 13 évkönyv (Ephemerides, az OMSZ Könyvtárban is vannak példányok!)
Hemmer 1790-ben meghalt, és jöttek a napóleoni háborúk...
A budai mérések története:
1780-tól Egyetemi Csillagdában a Várban,
1818-tól a Gellérthegyen (1849: Buda ostroma),
1870-től a Budai Reáliskolában (ma: Toldy Gimnázium),
1890-től a Fő utcában, 1910 óta a Kitaibel Pál utcában.
8
III. 1820-1919: AZ IZOBÁRSZINOPTIKA KORA:
Mérföldkő: a „szinoptikus gondolat” születése.
9
1820-ban Heinrich Wilhelm Brandes (1777-1834) a Lipcsei Egyetem professzora szinoptikus térképet rajzolt (1783-as mérésekből) és felismerte az alacsony nyomású területeket
AZ ELSŐ IZOVONALAS TÉRKÉP
10
1853: Heinrich Wilhelm Dove[ejtsd: dóve!] (1803-1879) berlini professzor: az első izotermatérkép
NÉHÁNY ESEMÉNY A KORBÓL
1833: Sir Francis Beaufort (1774-1879)
brit admirális
egységes jeleket vezetett be
a Brit Haditengerészetben
az időkép jelölésére
(ezek lettek 1935-ben a nemzetközi meteorológiai jelek);
1838 óta használja a Brit Haditengerészet a Beaufort-féle szélsebességi skálát
(ennek módosított változata lett 1946-ban a nemzetközi tapasztalati szélsebességi skála)
11
A Beaufort-féle szélsebességi skála
NÉHÁNY ESEMÉNY A KORBÓL (folytatás)
1848: Henry Piddington kalkuttai tengerésztiszt és
1851-ben Karl Kreil, az osztrák intézet alapító igazgatója
javasolják a távíró használatát meteorológiai adatgyűjtésre
1853: az 1. Nemzetközi Tengerészeti Konferencia Brüsszelben javasolja az együttműködést a meteorológia területén
1857: Christophorus Henricus Didericus Buys Ballot (1817-1890), a Holland Királyi Meteorológiai Intézet(KNMI) alapító igazgatója kimondja a bárikus széltörvényt
13
EGY EMLÉKEZETES IDŐJÁRÁSI KATASZTRÓFA
1854. november 14.:
a krími háborúban a Szevasztopol ostromára készülő angol-francia-török csapatok vesztesége a Balaklavai-öbölre lecsapó viharban: 34 hajó, 8 ezer tengerész, 200 ezer font aranypénz és a teljes téli felszerelés
14
III. Napóleon utasítására Urbain LeVerrier (1811-1877) a Párizsi Obszervatórium vezetője folytatott vizsgálatot. (Az ő számításai mutatták ki először további bolygó létezését az Uránuszon túl.)
LeVerrier (talán éppen az előző évi brüsszeli konferencia tapasztalatai alapján) javaslatot tett meteorológiai megfigyelőhálózat létesítésére és a nemzetközi adatcserére
A NEMZETI METEOROLÓGIAI SZOLGÁLATOK SZÜLETÉSE:
Ausztria, 1851, Karl Kreil;
Anglia, 1854, Robert FitzRoy;
Hollandia, 1854, Christophorus Buy Ballot;
Franciaország, 1855, Urbain LeVerrier;
…
Magyarország, 1870, Schenzl Guido;
…
Németország, 1874,Georg von Neumayer
(Deutsche Seewarte, Hamburg).
15
1919-1950: AZ IZALLOBÁRSZINOPTIKA KORA:
Mérföldkő: a polárfront-elmélet születése,
Jakob Bjerknes és munkatársai,
Bergen, Norvégia, 1919.
1950 óta: AZ ELMÉLETI SZINOPTIKA avagy
A NUMERIKUS PROGNOSZTIKA KORA:
Mérföldkő: az első sikeres számítógépes előrejelzés, azaz a légköri kormányzó egyenletrendszer numerikus integrálása
Jule Charney, Ragnar Fjörtoft és Neumann János,
Princeton, USA, 1950
16
Vázlat
1. A szinoptika története
2. Az előrejelző rendszer építőelemei
3. Az előrejelzés készítésének módja
4. Előrejelzési produktumok
5. Verifikáció
17
Az időjárás-előrejelzések készítése több fázisból álló, komplex feladat, amely az alábbi fő csoportokra osztható
Mért, megfigyelt adatok gyűjtése, ellenőrzése, tárolása
Numerikus modellek futtatása, fejlesztése
Adatok, produktumok megjelenítése
Analízisek, utófeldolgozások készítése
Általános előrejelzések megfogalmazása
Speciális, célorientált előrejelzések készítése
Előrejelzések verifikálása
18
19
Amiből az előrejelzések készülnek
Mérés, megfigyelés
Földbázisú szegmens
Földfelszíni
megfigyelések
Magaslégköri
mérések
Radarmérések
Villámlokalizálás
Windprofiler, sodar
Űrbázisú szegmens
Meteorológiai
műholdak
20
Földfelszíni mérések
21
104 automata állomás 17 helyen vizuális észlelés 477 csapadékmérő állomás
Földfelszíni mérések
22
2008: GPRS alapú adatgyűjtésre való átállás: 10 perces adatgyűjtés
Magaslégköri mérések
Budapest:
Napi 1 szonda
00 UTC
Szeged:
Napi 1 szonda
00 UTC
23
24
25
26
Hogyan hasznosulnak a mérések az elrejelzések készítésének folyamatában?
Közvetlenül Közvetve
Az időjárási
helyzet folyamatos
nyomon követése
Analízisek
készítése
Kiindulási adat a
numerikus
előrejelzési
modellek
futtatásánál
27
Az időjárás-előrejelzések készítése több fázisból álló, komplex feladat, amely az alábbi fő csoportokra osztható
Mért, megfigyelt adatok gyűjtése, ellenőrzése, tárolása
Numerikus modellek futtatása, fejlesztése
Adatok, produktumok megjelenítése
Analízisek, utófeldolgozások készítése
Általános előrejelzések megfogalmazása
Speciális, célorientált előrejelzések készítése
Előrejelzések verifikálása
28
Numerikus modellek
► Az első elektronikus számítógép megjelenése nemcsak a számítástechnikát forradalmasította, de ezzel párhuzamosan bontakozott ki a meteorológia egyik legmodernebb szakága, a légköri folyamatok modellezése is.
► Modell: a meteorológiai jelenségeknek az egyszerűsített (absztrakt) mása.
► Numerikus: a meteorológiai jelenségeknek a termo-és hidrodinamika törvényeire alapozott szimulálása érdekében alkalmazott matematikai közelítő eljárás
29
► A modern meteorológia az ilyen szimulációs modellek vizsgálatával foglalkozik.
► Mi kell a modellezéshez?
▪Tudnunk kell, hogy milyen tér-és időbeli felépítésű légköri folyamatot akarunk modellezni (Rossby-hullám, ciklon, zivatar, tornádó)
▪Ismernünk kell az adott légköri folyamatot irányító fizikai törvényeket vagy törvényszerűségeket, tehát fel kell használni a dinamikus (elméleti) meteorológia eszköztárát. (mozgásegyenletek, örvényességi egyenlet, kontinuitási egyenlet, energiaegyenlet stb.)
30
▪Fel kell állítani egy elviekben megoldható matematikai egyenletrendszert.
▪Az egyenletrendszer megoldásához numerikus sémákat kell alkalmazni, mivel a légköri folyamatokat leíró egyenletrendszerek nem lineárisak és a kiindulási mező sem folytonos.
▪A numerikus sémákat egy számítógépes program hajtja végre tekintettel az igen nagy számítási igényre.
► Globális modellek: a légköri folyamatokat hemiszférikus
méretekben szimulálják durva térbeli felbontással (50-150 km). ► Korlátos tartományú modellek: általában egy globális
modellbe beágyazva kisebb régióra vonatkozva végzik el a számításokat lényegesen finomabb térbeli felbontással (<10 km).
31
32
33
34
35
Az időjárás-előrejelzések készítése több fázisból álló, komplex feladat, amely az alábbi fő csoportokra osztható
Mért, megfigyelt adatok gyűjtése, ellenőrzése, tárolása
Numerikus modellek futtatása, fejlesztése
Adatok, produktumok megjelenítése
Analízisek, utófeldolgozások készítése
Általános előrejelzések megfogalmazása
Speciális, célorientált előrejelzések készítése
Előrejelzések verifikálása
36
Megjelenítő rendszer HAWK munkaállomás
37
Megjelenítő rendszer HAWK munkaállomás
38
Megjelenítő rendszer HAWK munkaállomás
39
Informatikai háttér
Adatok, adattárak
Bejövő ~30 GB/nap
Műhold: 25 GB/nap
Radar: 1.5 GB/nap
RMDCN (ECMWF, GTS, …): 2 GB/nap
Egyéb (NOS, windprofiler, …): 1 GB/nap
Feldolgozás: ~48 GB/nap
Nowcasting: 28 GB/nap
Aladin: 14 GB/nap
ECMWF: 2 GB/nap
40
Számítógép kapacitás az OMSZ-nál A légkört leíró egyenletrendszer
(Navier-Stokes egyenletek) megoldása zárt alakban nem írható fel, közelítő megoldásokat kell alkalmazni amely hatalmas számítógépes kapacitást igényel.
Az ALADIN modell futtatása kb. 16 milliárd adatot jelent előrejelzésenként
41
Vázlat
1. A szinoptika története
2. Az előrejelző rendszer építőelemei
3. Az előrejelzés készítésének módja
4. Előrejelzési produktumok
5. Verifikáció
42
Az előrejelzés készítése
► Brandes (1820) →első szinoptikus térkép az első európai észlelőhálózat mérései alapján („Miért van ilyen idő”)
► Bjerknes (1904) →a légköri változások elvileg előrejelezhetők a légköri hidro-termodinamikai egyenletrendszer integrálásával („Milyen idő lesz?”)
► Richardson (1922) →sikertelen prognózis
► Neumann →a légköri változások előrejelzésének gyakorlati megvalósítása az első elektronikus számítógéppel
► JELEN: az időjárás előrejelzése a szinoptikus módszer alkalmazásával történik
43
Szinoptikus módszer ► Az aktuális időjárási
helyzet komplex analízise (légköri mezők szintézise) a rendelkezésre álló megfigyelési, mérési információk felhasználásával és előrejelzés készítése a szinoptikus elvek és a numerikus modellek segítségével.
44
45
Az időjárási helyzet analízise
46
Az időjárási helyzet analízise
47
A légköri mezők szintézise ►Légköri mezők: a légkör fizikai állapothatározóinak skalár-és
vektormezői.
48
A 850 hPa-os nyomási felület hőmérsékleti
és geopotenciális magassági térképe
(skalármező).(www.metnet.hu/gfs)
A 850 hPa-os nyomási felület ekvivalens
potenciális hőmérsékleti és szél térképe (skalár-
és vektormező
kombinálása).(www.metnet.hu/gfs)
► Légköri mezők szintézise: az egyes légköri mezőknek az együttlátása, a mezők megtöltése „időjárástartalommal”.
Pl. önmagában egy talaj-légnyomási mező nem árulja el nekünk, hogy hó vagy eső fog hullani. Ehhez csatolnunk kell a nedvességi, de még inkább a magassági hőmérsékleti mezőket és ezeket együttesen kell mérlegelni az analízis és a prognózis készítésénél.
Ennél sokkal nyomósabb érv a szintézis mellett az, amikor sűrű köd borítja be a Kárpát-medencét, viszont a nyomási térképen anticiklon analizálható ki, amelyhez köztudottan derült, napsütéses időjárás tartozik. Az alsó 1500 m-es légréteg szél-,nedvességi-, és hőmérsékleti mezőinek csatolása hiányában ez a következtetés igen nagy hibához vezetne az előrejelzésben.
49
A szintézist egy kirakós játékhoz hasonlíthatjuk, amelynél össze kell rakni az egyébként kevés
információval rendelkező elemeket ahhoz, hogy értelmezhető képet kapjunk. A szinoptikus
feladata a numerikus modellek „nyers”mezőinek szinoptikus elveken történő összerakása és a
várható időjárás „megfejtése”.
50
Szinoptikus elvek
► Cél: a légkör jövőbeli állapotainak, az időjárásnak az előrejelzése.
1.Történelmi egymásra-következés elve
51
A légköri változások folytonosnak tekinthetők,
ezért egy jövőbeli állapot függni fog a jelenlegi (az analízis
időpontja) állapottól. Tulajdonképpen ez az aktuális
időjárás részletes leírása alkalmazva az analízis elveit.
Itt az a célunk, hogy minél következetesebben, a
fizika törvényszerűségeit alkalmazva feltárjuk a szóban
forgó időjárás okait, mint kiindulási helyzetet.
„Tartós”: átlagosan maximum egy hetet jelent egy tartósan fennmaradó téli anticiklonhoz mérve
Pl. tartós anticiklonokban az időjárás szinte önmagát ismétli napokig. Téli, ún. hideg légpárnás helyzetekben a tehetetlenségi prognózis sokkal jobb beválást eredményez, mint a numerikus modellek által készített prognózisok!!!!!!!!!
52
2. Időjárási tehetetlenség elve
Bizonyos időjárási helyzetek „tartós” fennállása esetén
egy-két légköri paraméterre ún.perzisztencia prognózis
adható. Ennél a prognózisnál feltételezzük, hogy az adott
légköri paraméter (vagy paraméteregyüttes) hasonlóan
fog alakulni.
Ciklonokkal és frontokkal gyakran tarkított időjárási
helyzetekben ezt az elvet mellőzni kell.
FONTOS: annak megítélése, hogy egy időjárási helyzetben lehet-e alkalmazni ezt az elvet, az függ az előrejelző szakember tapasztalatától és elsődlegesen a numerikus modellek által előrejelzett mezőktől. Ebből következik, hogy a fizikai törvényszerűségeket itt sem mellőzzük, de nagy szerepe van a szinoptikus szubjektivitásának, amely által esetenként a szakember felülbírálja, sőt elveti a modellek által kiadott eredményeket.
53
Példák:
→hőmérséklet: anticiklonos időjárási helyzetekben megbecsülhető a maximum-és minimum-hőmérséklet időpontja a periodicitás ismeretében. Ezt a szabályosságot a felhőzet és a szél nagyban befolyásolhatja, tehát a numerikus modellek előrejelzett mezői alapján mérlegelni kell az elv alkalmazhatóságát.
54
3.Kvázi-periodicitás elve
Bizonyos légköri paramétereknek, illetve
időjárási jelenségeknek jól ismert
ritmusossága, esetenként szabályos
ismétlődése van. Utóbbi esetben az elv
nagyban hasonlít a tehetetlenség elvéhez,
azonban ezt az elvet nagyobb általánosságban
használhatjuk.
→felhőzet: szintén anticiklonokban és a nyári félévben a felhőzetnek van egy délutáni maximuma és egy hajnali minimuma
→hőzivatar: nyári anticiklonokban elszigetelt zivatarcellák jöhetnek létre, amelyek leginkább a koradélutáni óráktól a kor esti órákig tudnak keletkezni
→szél: általában éjszakai minimummal és délutáni maximummal rendelkezik
55
→Derült, szélcsendes időjárási helyzetben viszonylag magas harmatpont mellett köd kialakulása valószínű
→Erős olvadásnál hófúvás nem fordulhat elő
→Hidegfront átvonulása esetén előfordulhat, hogy a legmagasabb nappali hőmérséklet a délelőtti órákban alakul ki.
→Hideg légpárna megszűnéséhez hidegfront szükséges, amely a légpárna megszűnése után hőmérséklet emelkedést okoz.
→Fagypont alatti hőmérséklet esetén a harmatpont és a hőmérséklet a kicsapódást követően tovább tud csökkenni.
56
4. Fizikai következtetés elve
Az előrejelzés készítésénél mindig követni kell a fizika
törvényszerűségeit, azoknak ellentmondó következtetések
hibás prognózishoz vezetnek.
Megjegyzés: az időjárás általában a meteorológiai paraméterek sokévi átlag körüli ingadozását jelenti, ezért naponta közzé kell tenni az ingadozás mértékét az esetleges klimatológiai vizsgálatok elősegítése érdekében.
57
5.Szinoptikus-klimatológiai ismeretek
Az előrejelzésnél figyelembe kell venni az adott térség
éghajlati karakterisztikáit (sokéves átlagok, abszolút,
országos-és helyi szélső értékek (rekordok)), amelyek
egyrészt egy elsődleges becslést adhatnak arra
vonatkozóan, hogy az adott térség felett az év adott
szakában egyáltalán milyen időjárás alakulhat ki,
másrészt pedig az előrejelzés és az éghajlati átlagok
tükrében megállapíthatóak az időjárási anomáliák.
► A felsorolt elvek egyenkénti vagy együttes alkalmazásával van lehetősége a szinoptikusnak a numerikus modellek „nyers”produktumaiból értelmezhető és fizikailag konzisztens prognózisok elkészítésére és nem utolsó sorban a modell eredményeinek felülbírálására. Utóbbi szabja meg a szinoptikus szakemberek fontosságát, nélkülözhetetlenségét remélhetőleg még több évtizedig az időjárás előrejelzésének szakterületén.
58
Modell outputok elemzése
A szinoptikus előrejelzés 59
Modell outputok elemzése
60
61
62
A GFS amerikai globális modell (50 km-es rácsfelbontás) ún.
ensemble
előrejelzési produktuma (fáklyadiagramm)
Vázlat
1. A szinoptika története
2. Az előrejelző rendszer építőelemei
3. Az előrejelzés készítésének módja
4. Előrejelzési produktumok
5. Verifikáció
63
Alap előrejelzések
64
Alap előrejelzések
65
Mezőszerkesztés
66
Mezőszerkesztés
67
Élet – és vagyonvédelem - Veszélyjelzés
68
69
Repülés meteorológia
Hidrológiai célú előrejelzések
70
Hidrológiai célú előrejelzések
71
Trajektória előrejelzés katasztrófavédelmi célokra
72
Előrejelzési produktumok
73
Előrejelzési produktumok
74
Előrejelzési produktumok
75
Előrejelzési produktumok
76
Vázlat
1. A szinoptika története
2. Az előrejelző rendszer építőelemei
3. Az előrejelzés készítésének módja
4. Előrejelzési produktumok
5. Verifikáció
77
Verifikáció
78
Verifikáció
79
Verifikáció
80
Néhány kapcsolódó weblap
http://www.wetterzentrale.de/topkarten (elsősorban modell eredmények térképes megjelenítései vannak, de vannak észlelési adatok is)
http://www.wetterzentrale.de/topkarten/fsavnmgeur.html (ensemble előrejelzések)
http://www.westwind.ch/?page=hirk (frontanalízis és előrejelzés) és egyéb modellek eredményei
http://www.metnet.hu/gfs/ (a GFS modell finomabb felbontású regionális változata)
http://www.weather.uwyo.edu/upperair/europe.html (szondázási információk)
http://www.met.hu/omsz.php (magyarországi radarfelvételek nagy időbeli felbontással és egyéb közhasznú meteorológiai információk)
http://www.metnet.hu/ (az AMET portálja: sűrű észlelések, 36 órás műholdkép hurokfilmje, kifejezetten időjárással és annak tudományával kapcsolatos fórumok)
A szinoptikus előrejelzés 81
Köszönöm a figyelmet!