Az időjárás előrejelzés támogatása meteorológiai műholdak adataival
Putsay Mária Országos Meteorológiai Szolgálat „Mit tehetünk térinformatikával,távérzékeléssel egy élhetőbb környezetért?” HUNAGI konferencia, Budapest, 2013. április 4.
Meteorológiai műholdak rendszere
Modern meteorológia műholdak nélkül már elképzelhetetlen Globális megfigyelés szükséges (déli félteke, óceánok) Az időjárás nem áll meg a határoknál.
Európai műholdak - EUMETSAT – Magyarország teljes jogú tag Adatok + feldolgozott adatok / feldolgozó szoftverek
Geoszinkron műholdak adatai - kiválóan alkalmasak az időjárás analízisére METEOSAT adatok - fő cél a felhőalakzatok követése jó időbeli felbontás: 15/5 perc Területi felbontás: 3 (1) km nadírban 5 perc
15 perc
MetOp napszinkron (kvázipoláris) műhold
Mozog a felszínhez képest alacsonyabban repül Időfelbontás alacsony – térbeli felbontás jobb Időjárás monitoring - sarkvidékeken
Hosszabb időállandójú folyamatok monitoringja növényzet, környezet, felszíni jellemzők éghajlat, felső légköri jellemzők
+++ Szondázások Hőmérséklet + nedvesség profilok, nyomgázok összmennyisége keskeny sávban mér, mikrohullámon mér Sok szenzor
A meteorológiai műholdak adatainak alkalmazási területei • Időjárás előrejelzés segítése Időjárás analízise és rövid távú előrejelzése (Nowcasting), riasztások köd, zivatarok, repülés – jegesedés, … Pár napos előrejelzések numerikus időjárás előrejelzési modell input adata, ill. output verifikálása (modell előrejelzések, szimulációk verifikálása) • Klíma kutatás, éghajlat monitoring • Levegőkémia (ózon, vulkán, üvegházgázok koncentrációja) • Felszínvizsgálat (növényzet, sugárzási jellemzők, hőmérséklet, hóborítottság (hidrológia, mezőgazdaság, éghajlat) • ............ • Légköri folyamatok alaposabb megismerése
Műholdadatokból származtatott légköri paraméterek Numerikus előrejelzési programok
Műholdadatok Műholdadatokból származtatott légköri paraméterek Numerikus előrejelzési programok
Csatornák egyenként
A megjelenítés fontos a meteorológiában. Gyors, áttekinthető vizuális információ. Kompozit képek 3 csatorna (különbség) képe a 3 alapszínben (piros, zöld, kék) - lényegkiemelő módszer RGB natural
IR1.6
IR1.6
VIS0.8
VIS0.8
VIS0.6
VIS0.6
Kiemelendő jelenségek Felhő jellemzők Köd Hó + köd Zivatarok Porfelhő Légkördinamika …
Felhőanalízis (+ felszín) Felhő, felszín hőmérséklet, Felhő optikai vastagság
2006.01.15. 01:55UTC
A ködöt éjszaka nehéz detektálni az infravörös sávú képen.
IR10.8 Night RGB
Cloud-free fog
Éjszakai kompozit kép. Több infravörös sáv (ill. különbségeik) keveréke.
„HRV felhő” kompozit kép Magas szintű ,vékony jégfelhő, Alacsony vagy közép szintű felhő
Magas szintű ,vastag felhő
Derült földfelszín
Csak nappali kompozit kép. Nagyfelbontású + jól elkülöníti a magas felhőket és azon belül a vastag felhőt az áttetszőtől.
METEOSAT-9 HRV_felhő film 5 perces képekből 2009.05.18. 10:25-16:45 UTC
Zivatartevékenység vizsgálata. Fontos alkalmazás! Gyors folyamat. Helyének, idejének előrejelzése nehéz.
Vulkán kitörés Izlandon
Meteosat, 2010.04.15. 15:55 UTC
Levegőkémia Repülés biztonság
Műhold-, radar- és villámadatok
IR10.8
HRV_cloud
HRV_cloud Radar logZ
10-minute lightning
Műholdadatok Műholdadatokból származtatott légköri paraméterek Numerikus előrejelzési programok
Felhő, por, vulkáni hamu maszk Felhő típus (+ köd) Felhőtető hőmérséklet, nyomás, magasság Automatikus Műholdkép Interpretáció Csapadék-hullás valószínűsége Gyorsan Fejlődő Zivatarfelhők Konvektív csapadék intenzitása Kihullható vízmennyiség Stabilitási analízis Nagy felbontású szél Légtömeg Analízis
27 April 2011 06:10 UTC
MSG derived parameters
The satellite measures the radiance, atmospheric features could be derived from this
Undefined snow, ice cloud filled cloud cont. cloud free
Cloud Mask
Cloud Type
not proc
day&night RGB
Cloud Top Pres.
08:15 UTC
Cél: Előbb detektálni a zivatarfelhőt mint a radar.
08:20 UTC
Sárga pixel: Az algoritmus ezekben a pixeleken olyan gyorsan fejlődő felhőket detektál, amelyek valószínűleg zivatarfelhőkké fognak fejlődni. Kék kontúr: a radar intenzív csapadékot mér
08:10 UTC
09:25 UTC
IR10.8 Gyorsan fejlődő zivatarok 2005.06.25. 18:15
Műholdadatok Műholdadatokból származtatott légköri paraméterek
Numerikus előrejelzési programok
Numerikus időjárás előrejelző programok A légköri folyamatokat, mozgásokat leíró fizikai egyenletek rendszere (Hőmérséklet, nyomás, szél, csapadék, stb. kiszámítása)
Igen különböző skálájú folyamatok modellezése – a ciklonok mozgásától a felhő mikrofizikai folyamatokig Csak numerikusan lehet megoldani. (sokáig tart és kevésbé pontos a megoldás)
Ezek a modellek: • Nagyon komplexek (összetettek) • Óriási mennyiségű adattal dolgoznak • Nagy a számításigényük Igen nagy memóriával rendelkező gyors számítógépekre van szükség. Egy 10 napos globális numerikus időjárás előrejelzés elkészülte kb. 4 órát vesz igénybe a szuperszámítógépen.
A numerikus előrejelzések hibával terheltek, mert: • A modell egyenletei nem mind pontosak, egyes folyamatokat csak közelítenek. A légköri folyamatok közül sok túl komplex ahhoz, hogy mind modellezni tudnánk a jelenlegi számítógépes kapacitással. • A kezdeti feltételek nem elég pontosak. Minden mérésnek van hibája. Sok helyen nincs (elég) mérés.
Felszíni mérő hálózat
A Föld légköre egy kaotikus rendszer. Jövőbeli állapota igen érzékeny a kezdeti feltételekre. A kezdeti állapot kis hibái, eltérései időben egyre nagyobb eltéréseket okoznak. >> Fontos a kezdeti feltétel Gyakori, pontos, sok adat bevitele - Minél több légköri paraméter, minél pontosabb, minél több helyen.
Felszínről indított magassági mérések hálózata - rádiószondák
Néhány óránként visznek be mérési adatokat és ezekhez illesztik a modellbeli légkör állapotát. Műholdadatokat, ill. azokból származtatott légköri paramétereket is felhasználnak input adatként. Különösen adatszegény területeken (déli félteke óceánok, magasabb régiók) van erős pozitív hatásuk.
Műholdas mérés
Műholdadatok Műholdadatokból származtatott légköri paraméterek
Numerikus előrejelzési programok
ECMWF globális modell milyen műholdadatot használ fel? • Magassági szelet • Hőmérséklet és nedvesség profilokat • Üvegházgázok mennyisége • Felszínállapot – • Földfelszín hóborítottság, növényborítottság, talajnedvesség, … • Tengerek jégborítottsága, albedó, tengerfelszín szél, ... • Stb.
A Sandy hurrikán pályájának (5 napos) előrejelzése az ECMWF globális modellben: a) Operatív előrejelzés (geostacionárius és poláris műholdak adataival) b) A poláris holdak adatai nélkül c) A geostacionárius holdak adatai nélkül 5 napos előrejelzések 2012. október 25. 00 UTC-kor indított és 2012. október 30. 00 UTC-re vonatkozó előrejelzés. A kontúrok a felszíni nyomást mutatják 10 hPa-onként. A piros terület 980 hPa-nál alacsonyabb nyomást jelöli.
McBally, T: Polar-orbiting satellites crucial in successful Sandy Forecasts ECMWF Newsletter 134. 5-6 http://www.ecmwf.int/publications/newsletters/pdf/134.pdf
Műholdadatok Műholdadatokból származtatott légköri paraméterek
Numerikus előrejelzési programok
Korlátos tartományú modell Globális modell „hajtja” meg: • oldalsó peremfeltételek • kezdeti feltételek
Globális Modell
Közép-európai méretű numerikus időjárás előrejelző modell ALADIN/HU területe
Közép-európai méretű numerikus időjárás előrejelző modell ALADIN/HU által felhasznált műholdadatok - Műholdból meghatározott szél mező MPEF - NOAA TOVS adatok (hőmérséklet és nedvesség profilok) - METEOSAT infravörös csatornák
Beválási valószínűség nagy csapadékos esetekre > 10 mm / 6 óra piros – Meteosat adatok nélkül zöld – Meteosat adatokkal
A Meteosat infravörös csatornák használatának hatása
Más osztály asszimilálja, mi folyamatosan biztosítjuk az adatokat!!!
Műholdadatok Műholdadatokból származtatott légköri paraméterek
Numerikus előrejelzési programok
Műholdadatok / származtatott mennyiségek felhasználása a MEANDER nowcasting programban (+ riasztási rendszer) Jelenlegi felhasználás - 2005-től borultság meghatározása radar adatok szűrése (műhold szerinti derült területen, vékony Ci felhők esetében. riasztás – esetleges köd (műholdas Felhő típus + felszíni paraméterek, relatív nedvesség, látástávolság) felhőtető magasság (+ radar felhőtető magasság + egyéb paraméterek) a zivatar környezetében várható maximális kifutószél becslése növényborítottság és albedó inputként a WRF modellbe Tervek: köd modul továbbfejlesztése Földfelszín hőmérséklet és 6 órás hóborítottság adatok felhasználása (inputként a WRF modellbe) Műholdas zivatar felismerő, követő program eredményeinek felhasználása (radaros cella követő eredményekkel együtt)
Köszönjük a figyelmet!
Köszönjük a Magyar Űrkutatási Irodának tevékenységünk támogatását!
Napfogyatkozás idején a hold árnyéka végig vonul a felszínen.
Modell szimuláció verifikálása IR10.8, 2008. május 20.
2008.05.20. Szimulált konvektív cellák az MM5 modellel
Hungarian meteorologists participated at several EUMETSAT training courses. Two courses were hosted by OMSZ.
Hungarian lecturers at EUMETSAT trainings (2006 Bratislava, 2007 Budapest, 2010 Prague, Barcelona).
