Vremenska napoved Katedre za meteorologijo in CO VESOLJE-SI

Nedjeljka Žagar, Luka Honzak, Rahela Žabkar, Gregor Skok, Jože Rakovec

Vremenska napoved v realnem času predstavljena na spletnih straneh Katedre za meteorologijo FMF je rezultat aktivnosti Katedre v okviru Centra odličnosti VESOLJE-SI (www.space.si) in sodelovanja z Agencijo za okolje Republike Slovenije (www.arso.si).

Center odličnosti (CO) "Vesolje, znanost in tehnologije" (VESOLJE-SI) združuje slovenske raziskovalce na področjih daljinskega zaznavanja, meteorologije, astrofizike in različnih področij tehnologij mikro in nano satelitov, satelitskih komunikacij, hibridnih anten in radarskih tehnologij, laboratorija za testiranje vesoljskih tehnologij. Namen meteorološkega delovnega sklopa je vključitev satelitskih meritev v meteorološke in klimatološke raziskave v Sloveniji. Meteorološke in klimatološke aplikacije so med glavnimi uporabniki satelitskih informacij na splošno. Uporaba satelitskih meritev za izboljšanje modelov za napovedovanje vremena, klime in za opazovanje okolja v namen varnosti je danes pomemben kriterij pri izbiri novih satelitov. V okviru sodelovanja v CO je pripravljena vremenska napoved v realnem času, ki je prosto dostopna na naših straneh in na straneh CO. Center odličnosti VESOLJE-SI bo uporabljal rezultate, še posebej napoved oblačnosti, za planiranje satelitskih opazovanj oz. pri vodenju satelitov.

V ozadju kvalitetne napovedi so dober model za pripravo začetnih pogojev in za napovedovanje, veliko kvalitetnih opazovanj za pripravo začetnih pogojev in zmogljiv računalnik. Pomemben faktor za napoved lokalnega vremena je horizontalna ločljivost, ki je definirana z razdaljo med računskimi točkami mreže. Višja ločljivost (manjša razdalja) prinaša bolj natančen opis atmosferskih procesov. Pristop k izvajanju večine napovedi na visoki ločljivosti je dinamično povečevanje horizontalne ločljivosti, kar pomeni, da se začetni in stranski robni pogoji uporabijo iz modela slabše ločljivosti. V našem primeru prihajajo ti podatki iz modela ALADIN-SI, operativnega modela Agencije RS za Okolje (ARSO). Cilj sodelovanja z ARSO je razvoj novih prognostičnih produktov na visoki prostorski ločljivosti. Poleg tega modele in modelske napovedi v realnem času uporabljamo pri izobraževanju študentov meteorologije na FMF. Uporaba prognostičnih polj ALADIN-SI pri raziskovalnem in izobraževalnem delu na FMF pa bo pa pripomogla k razvoju modela ALADIN-SI in na splošno k razvoju meteorologije in njene uporabe v slovenskem gospodarstvu.

Fizikalni motivi za dinamično povečevanje horizontalne ločljivosti so še posebej močni za majhna območja z nepravilno geografsko obliko, območja s kompleksno orografijo, kompleksno obalo ter heterogenimi kopenskimi površinami (npr. Slovenija). Primer vpliva gostote modelskih točk je prikazan na sliki 1 na primeru orografije. Računske točke se nahajajo na stičišču kvadratkov. Atmosferskih procesov, ki se dogajajo znotraj štirih točk, ki omejujejo določeni kvadrat na sliki, ne moremo opisati eksplicitno, temveč jih parametriziramo. Zato je gostota računskih točk posebej pomembna na območju razgibanega terena.


Slika 1. Orografija Slovenije, kot jo vidijo numerični modeli ozračja na ločljivosti (a) okoli 120 km, (b) okoli 10 km in (c) 2.5 km. Skala sivin (v metrih) je enaka na vseh slikah. Prikazane so lokacije nekaterih postaj na orografsko različnih območjih. Slika a) ustreza ločljivosti današnjih klimatskih modelov. Slika b) približno ustreza temu, kar vidijo aktualni operativni modeli v evropskih meteoroloških službah. Slika c) približno ustreza orografiji Slovenije, kot jo vidi napoved v realnem času predstavljena na naši spletni strani. (Vir: Žagar in sod., 2011).

Primer napovedi je prikazan na sliki 2.


Slika 2. (desno) 27-urna napoved temperature na višini 2 metra, ki velja za torek, 12.4.2011. ob 21 UTC (23h po lokalnem času). Barvna skala je temperatura v stopinjah Celzija. (levo) Napoved vetra na višini 10 metrov nad tlemi za isti termin. Vektorji vetra kažejo v smeri vetra. Barva vektorjev ustreza hitrosti vetra, v skladu z barvno skalo pod sliko v metrih na sekundo.

Zavedati se moramo, da istočasno z izboljšanim opisom lokalnih atmosferskih procesov zanesljivost napovedi dogajanj visoke prostorske ločljivosti postaja vedno manjša. Napake napovedi torej naraščajo hitreje za procese na skalah okoli 1 km, kot za procese, ki imajo večje prostorske razsežnosti (skale). Na splošno so napake prognostičnih modelov posledica napak v začetnih pogojih, modelskih napak in nelinearnosti sistema fizikalnih enačb, ki opisujejo procese v ozračju. Že majhne razlike v začetnih pogojih, kakršne so na primer posledica napake opazovanj ali lahko tudi računalniške natančnosti, čez nekaj časa privedejo do nezanesljivih oz. neuporabnih vremenskih napovedi. Ta process je znan kot „kaotičnost ozračja“. Zato je čas uporabnih napovedi v visoki ločljivosti (npr. napoved časovne in prostorske porazdelitve padavin iz nevihtnih oblakov na ločljivosti 1 km) dosti manjši kot je čas uporabnih napovedi v slabši ločljivosti (npr. splošna napoved vremena za širše območje Alp in Jadrana). V posebni raziskovalni nalogi znotraj CO VESOLJE-SI proučujemo nedoločenost začetnih pogojev in modelskih rezultatov na različnih časovnih in prostorskih skalah, njihovo odvisnost od trenutnega zračnega toka in odvisnosti napak napovedi od trenutnega stanja ozračja.