Področja raziskav

Raziskovalna področja Katedre za meteorologijo vključujejo:

Seznam raziskovalnih projektov ki trenutno potekajo na katedri za meteorologijo

Pri raziskovalnem delu se poslužujemo analitičnih metod, opazovanj in numeričnega modeliranja. V okviru numeričnega modeliranja uporabljamo tako idealizirane modele kot modele kompleksnega toka v treh prostorskih dimenzijah in času. Naša glavna modelska orodja so WRF in WRF/Chem model ter modela ALADIN in COAMPS.

Raziskave izvajamo v sodelovanju z domačimi in tujimi kolegi. Najpomembnejši slovenski partner je Agencija za okolje RS (ARSO, www.arso.si) in njeni partnerji znotraj konzorcija ALADIN (www.cnrm.meteo.fr/aladin) in LACE (www.rclace.eu), ki razvijajo operativni prognostični model ALADIN.

Med tujimi sodelavci katedra najbolj intenzivno sodeluje z Nacionalnim centrom za raziskave ozračja NCAR (www.ncar.ucar.edu) v Boulderju, Colorado, USA. Področja skupnih raziskav vključujejo analizo satelitskih meritev padavin, verifikacijo modelov, energetiko ozračja, analizo ravnovesja dinamičnih procesov in modeliranje za potrebe asimilacije. Na področju asimilacije podatkov sodelujemo z Evropskim centrom za srednjeročno napovedovanje (www.ecmwf.int), na področju klime in dinamike pa z Oddelkom za meteorologijo Univerze v Stockholmu (www.misu.su.se) in z Univerzo v Tsukubi na Japonskem (http://air.geo.tsukuba.ac.jp/eng/). Na področju modeliranja onesnaženja Katedra sodeluje z inštitutom DRI (www.dri.edu) iz Rena, Nevada, USA.

Pomembno raziskovalno delo, ki poteka na katedri, je modeliranje onesnaženosti zraka, ki ga opravljamo s pomočjo modela WRF/Chem (http://ruc.noaa.gov/wrf/WG11/). Na tem področju tudi trenutno intenzivno sodelujemo z ARSO na razvoju uporabe operativnega sistema za napovedovanje kvalitete zraka.

Katedra sodeluje v Centru odličnosti Vesolje-SI (www.space.si), kjer je zadolžena za razvoj naprednih metod uporabe satelitskih meritev v meteorologiji in klimatologiji.

Dinamika atmosferskih procesov

Raziskave dinamike procesov v ozračju segajo od procesov v globalnih skalah do mezoskalnih in mikroskalnih procesov pod vplivom orografije in ostalih lokalnih siljenj.
Med lokalnimi procesi imajo posebno mesto viharni procesi kot je burja. Za potrebe ocene energije vetra v Sloveniji smo pripravili klimatologijo vetra v visoki ločljivosti (Rakovec in sod., 2009).
Z energetiko ozračja se ukvarjamo tudi na bolj teoretični ravni, tako da ocenjujemo delež globalne energije ozračja povezane z inercijsko-gravitacijskimi valovi. Metodologija, ki jo uporabljamo v ta namen, je zasnovana na trodimenzionalnih normalnih načinih toka v suhi, stabilno stratificirani atmosferi. Inercijsko-gravitacijski valovi definirajo ravnovesje ozračja v globalnih in mezoskalah. Globalno ravnovesje raziskujemo z pomočjo globalnih modelov oz. polj analiz in reanaliz, kot so npr. reanalize ECMWF (www.ecmwf.int). V mesoskali pa ocenjujemo ravnovesje s pomočjo simulacij mezoskalnega modela ALADIN.

Aktualne publikacije:
Rakovec, J., Žagar, M., Bertalanič, R., Cedilnik, J., Gregorič, G., Skok, G., Žagar, N., 2009: Vetrovnost v Sloveniji (Wind energy in Slovenia). Ljubljana: Založba ZRC, ZRC SAZU, 2009. 177 str., ilustr. ISBN 978-961-254-160-6.
Žagar, N. , J. Tribbia, J. Anderson and K. Raeder, 2009: Uncertainties of estimates of inertio-gravity energy in the atmosphere. Part I: Intercomparison of four analysis systems. Mon. Wea. Rev., 137, 3837-3857.
Žagar, N. , J. Tribbia, J. Anderson and K. Raeder, 2009: Uncertainties of estimates of inertio-gravity energy in the atmosphere. Part II: Large-scale equatorial waves. Mon. Wea. Rev., 137, 3858-3873.
Belušić, D., Žagar, M., Grisogono, B, 2007: Numerical simulation of pulsations in the bora wind. Q. J. R. Meteorol. Soc., 133, 1371-1388.
Žagar, N., M. Žagar, J. Cedilnik. G. Gregoric and J. Rakovec, 2006: Validation of mesoscale low-level winds obtained by dynamical downscaling of ERA40 over complex terrain. Tellus, 58A, str. 445-455.

Modeliranje kakovosti zraka

Kakovost zraka je področje, ki je širše družbeno zanimivo zaradi vpliva, ki ga ima na zdravje ljudi, na kmetijstvo, gozdove in ostale ekosisteme. Neposredni vir informacij o kakovosti zraka so sicer meritve, vendar pa so numerični modeli tisti, s pomočjo katerih lahko kakovost zraka preučujemo in napovedujemo. V naših raziskavah se osredotočamo tako na dogajanja v velikih skalah, na primer na preučevanje regionalnega transporta onesnaženih zračnih mas, kot tudi na mezoskalne procese v kompleksnem reliefu, ki imajo odločilno vlogo pri razširjanju polutantov v meteoroloških situacijah, ko prevladujejo šibki vetrovi. V eni od raziskav smo tako na primer preučevali mehanizme, zaradi katerih je število preseganj zakonsko dovoljenih koncentracij ozona v topli polovici leta v Sloveniji najvišje na Primorskem. Primarno modelsko orodje, ki ga pri tovrstnih raziskavah uporabljamo, je sklopljen meteorološko-fotokemijski model WRF/Chem. Obenem za potrebe operativnega napovedovanja ozona in trdnih delcev v zraku zaključujemo postopek sklapljanja fotokemijskega modela CAMx in operativnega meteorološkega modela ALADIN/SI. Nenazadnje pa področje naših raziskav zajema tudi disperzijo pasivnih polutantov iz emisijskih virov v lokalni skali nad kompleksnim terenom, pri čemer poleg WRF/Chem modela kot orodje v sodelovanju z Elektroinštitutom Milan Vidmar uporabljamo tudi CALPUFF modelski sistem.

Aktualne publikacije:
Žabkar, R., Rakovec, J., Koračin, D.. The roles of regional accumulation and advection of ozone during high ozone episodes in Slovenia : a WRF/Chem modelling study. Atmospheric Environment, 2010, 45 (5), 1192-1202.
Žabkar, R., Rakovec, J., Gaberšek, S.. A trajectory analysis of summertime ozone pollution in Slovenia. Geofizika (Zagreb), 2008, vol. 25 (2), 179-202.
Žabkar, J., Žabkar, R., Vladušič, D., Čemas, D., Šuc, D., Bratko, I. Q2 prediction of ozone concentrations. Ecollogical Modelling, 2006, vol. 191 (1), 68-82.

Satelitske meritve in modeliranje padavin

Tropski predeli Zemlje igrajo ključno vlogo pri globalnem hidrološkem ciklu, saj v tropih pade 75 % celotne količine padavin na Zemlji. Zato je razumevanje procesov v teh predelih bistvenega pomena. Kljub temu, da je bilo v to smer narejenih že veliko študij, pa natančno razumevanje nekaterih procesov v tropih še ni znano, na primer razlaga oscilacije Madden-Julian ter intertropske konvergenčne cone (ITCZ) in El Nina. Šele v zadnjem času je možno izvesti klimatološko statistiko padavin z uporabo objektov, saj prej ni bilo na voljo dovolj kvalitetnih podatkov nad tropskimi oceani. Sedaj so na voljo različni satelitski padavinski produkti v visoki prostorski in časovni ločljivosti (0,25 stopinje, tri ure), ki pokrivajo trope in srednje geografske širine (40S do 40N).
V okviru raziskav smo naredili analizo padavin z uporabo objektov, ki omogoča analizo časovnega razvoja padavinskih sistemov. Metodo smo uporabili pri analizi in primerjavi padavin dveh satelitskih padavinskih produktov ter simulacije tropskega kanala z modelom WRF. Za analizo smo izbrali področje tropskega Pacifika. Analiza je pokazala, da se padavinski sistemi, ki so zelo veliki ali imajo zelo dolgo življenjsko dobo, pojavljajo predvsem v zahodnem delu Pacifika ali pa na manjšem območju blizu obale Mehike. Metoda je pokazala dobro sposobnost sledenja padavinskim sistemom. Pokazalo se je, da gibanje padavinskih sistemov v ICTZ lahko poteka v obe smeri (proti vzhodu in proti zahodu), čeprav je gibanje v vzhodnem delu običajno bolj pogosto proti zahodu, medtem ko je v vzhodnem delu ICTZ prevladuje gibanje sistemov proti zahodu. Gibanje sistemov v zmernih širinah je bilo predvsem v smeri proti vzhodu. Izvedli smo tudi primerjavo med satelitskim produktom TRMM in modelsko simulacijo z modelom WRF. Primerjava je pokazala veliko razlik, vendar tudi nekaj ujemanj. Količina padavin je na primer precej večja v simulaciji z WRF, v simulaciji z WRF so na območju ICTZ trajektorije veliko bolj ravne, gibanje v ICTZ v TRMM poteka v obeh smereh (proti vzhodu in proti zahodu), medtem ko v simulaciji z WRF prevladuje gibanje v smeri proti zahodu.

Recent publications:
Skok, G., J. Tribbia, J. Rakovec and B. Brown, 2009: Object-Based Analysis of Satellite-Derived Precipitation Systems over the Low- and Midlatitude Pacific Ocean. Monthly Weather Review, 137(10), 3196–3218.
Skok, G., J. Tribbia and J. Rakovec, 2010: Object-Based Analysis and Verification of WRF Model Precipitation in the Low- and Midlatitude Pacific Ocean. Monthly Weather Review, 138(12), 4561–4575.

Asimilacija podatkov

Asimilacija podatkov ozračja je postopek, pri katerem pripravljamo začetne pogoje za numerično napovedovanje vremena. V postopku asimilacije se opazovanja in modelska informacija (kratkoročna napoved) kombinirata v namen pridobitve nove, boljše ocene trenutnega stanja ozračja, opisanega s tipičnimi spremenljivkami (veter, temperatura, vlaga in tlak). Različni viri informacij se v postopku asimilacije utežijo glede na njihove napake.
Ker imajo modeli in opazovanja napake in ker napake napovedi vnaprej ne poznamo, jih lahko kvečjemu modeliramo. Pri tem je potrebno upoštevati lastnosti toka in še posebej ravnovesje in dinamične povezave med različnimi polji. Z našimi raziskavami želimo izboljšati opis napak napovedi v različnih prostorskih skalah. Lastnosti napak napovedi v velikih skalah in v tropskih krajih so na primer drugačne od lastnosti napak napovedi v manjših skalah v zmernih širinah. Napake napovedi pa je potrebno razumeti globalno, ker so procesi v ozračju v časovnih skalah večjih od približno pet dni globalni. Nove rezultate glede lastnosti napak napovedi lahko potem uporabimo za oceno vpliva novih meritev, kot so npr. novi sateliti, ki jih razvija Evropska vesoljska agencija (ESA) (http://www.esa.int/esaLP/LPadmaeolus.html, Žagar et al., 2008).

Aktualne publikacije:
Žagar, N., J. Tribbia, J. Anderson, K. Raeder and D.T. Kleist, 2010: Diagnosis of systematic analysis increments by using normal modes. Q. J. R. Meteorol. Soc., 136, 61-76.
Žagar, N., A. Stoffelen, G.-J. Marseille, C. Accadia and P. Schluessel, 2008: Impact assessment of simulated Doppler wind lidars with a multivariate variational assimilation in the tropics. Mon. Wea. Rev., 136, 2443-2460.
Žagar, N., Andersson, E., Fisher, M. and A. Untch, 2007: Influence of the quasi-biennial oscillation on the ECMWF model short-range forecast errors in the tropical stratosphere. Q. J. R. Meteorol. Soc., 133, 1843-1853.
Žagar, N., Andersson, E. and M. Fisher, 2005: Balanced tropical data assimilation based on a study of equatorial waves in ECMWF short-range forecast errors. Q. J. R. Meteorol. Soc., 131, 987-1011.

Regionalno modeliranje klime

Z naraščanjem razumevanja in znanja o različnih faktorjih, ki vplivajo na klimo, bi morda lahko pričakovali, da se nedoločenost ocene klimatskih variacij in sprememb zaradi vpliva človeškega delovanja zmanjšuje. Z vedno boljšim razumevanjem klime namreč tudi bolj natančno razumemo dejavnike, ki jih doslej nismo upoštevali in/ali se jih sploh zavedali, zato nedoločenost lahko narašča, še posebej na regionalnih skalah. Obenem večina študij vpliva klimatskih sprememb, ki so posledica človeškega vpliva na ozračje, zahteva veliko večjo ločljivost, kot jo ponujajo globalni klimatski modeli. Zato je potrebno ločljivost modelskih rezultatov izboljšati na fizikalno pravilen način. Postopek je znan kot dinamično povečevanje modelske ločljivosti, njegov namen pa je s pomočjo regionalnega klimatskega modela priti s skale, ki jo uporablja globalni klimatski model, na skalo potrebno za oceno učinkov oz. za politične odločitve. Rezultati regionalnih klimatskih modelov se uporabljajo kot vhodni parametri za druge modele (npr. modele onesnaženja) v še večji ločljivosti in za oceno odziva klime na siljenja na visoki ločljivosti (npr. orografija).
Sposobnost regionalnih klimatskih modelov, da razvijejo informacijo v visoki ločljivosti, ni vprašljiva. Glavni vir nedoločenosti pri postopku povečevanja ločljivosti opisa klime na omejenem območju so stranski robni pogoji iz globalnega klimatskega modela. Predmet naših aktualnih raziskav znotraj Centra odličnosti VESOLJE-SI je ocena nedoločenosti rezultatov regionalnih klimatskih modelov za Slovenijo. Izboljšano prostorsko ločljivost regionalnega klimatskega modela želimo predstaviti v kontekstu ostalih nedoločenosti oz. naravne variabilnosti. Spletna stran Centra odličnosti VESOLJE-SI.

Za potrebe Centra odličnosti in v sodelovanju z Uradom za meteorologijo Agencijo za okolje Republike Slovenije smo pripravili vremensko napoved v realnem času na visoki prostorski ločljivosti. Več

Aktualne publikacije:
Rakovec, J. in N. Žagar, 2011: Kaj vse za potrebe napovedovanja in opazovanja vremena in klime merimo s satelitov. V: Kuhar, M. (ur.). Raziskave s področja geodezije in geofizike 2010 : zbornik predavanj. V Ljubljani: Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, 2011, str. 69-72.
Žagar, N., J. Rakovec, G. Skok in L. Honzak, 2011: Izzivi regionalnega klimatskega modeliranja. V: Kuhar, M. (ur.). Raziskave s področja geodezije in geofizike 2010 : zbornik predavanj. V Ljubljani: Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, 2011, str. 69-85.

Raziskovalni projekti ki trenutno potekajo na katedri za meteorologijo

  • Raziskovalni program “Astrofizika in fizika atmosfere”, Vir financiranja: ARRS
  • MODES (Modal analysis of atmospheric balance, predictability and climate), Vir financiranja: Evropski Raziskovalni Svet (nosilka N. Žagar)
  • Mesoscale wind profiles and data assimilation, Vir financiranja: Evropska Vesoljska Agencija, program PECS (nosilka N. Žagar)
  • Multivariate relationships between the aerosols, moisture and winds in four-dimensional data assimilation for the global monitoring for environment and security, Vir financiranja: Evropska Vesoljska Agencija, program PECS (nosilka N. Žagar)
  • Analysis and verification of mid-latitude cyclonic system precipitation in ERA Interim reanalysis using satellite-derived precipitation measurements, Vir financiranja: Evropska Vesoljska Agencija, program PECS, (nosilec G. Skok)