REANALIZA NCEP-NCAR JAKO PRZYKŁAD …uatacz.up.krakow.pl/~ · integracja danych pomiarowych z różnych źródeł NCEP-NCAR, ERA-40, NARR ... dobre źródło danych w analizach dotyczących

„DARMOWE DANE I OPEN SOURCE W BADANIACH ŚRODOWISKA”K r ak ów, 7 - 9 l i s t opada 2013

Angelika Palarz ([email protected])

Uniwersytet Jagielloński

REANALIZA NCEP-NCAR JAKO PRZYKŁAD OGÓLNODOSTĘPNEJ BAZY DANYCH KLIMATOLOGICZNYCH


PLAN PREZENTACJI

źródła danych meteorologicznych

zagadnienie jednorodności i niejednorodności serii pomiarowych

reanaliza meteorologiczna, „klimatologia gridowa”

I. Wstęp

II. Charakterystyka reanalizy NCEP-NCAR etapy tworzenia

sposoby przeglądania i przetwarzania danych

przykłady zastosowania i jakość reanalizy NCEP-NCAR

III. Wnioski i podsumowanie

IV. Spis literatury


DANE METEOROLOGICZNE - źródła

Stacje synoptyczne, klimatologiczne

i posterunki meteorologiczne

Stacje aerologiczne

Satelity meteorologiczne

Radary meteorologiczne

Detekcja wyładowań atmosferycznych

SODAR i LIDAR

http://www.eumetrain.org

http

://w

ww.

jma-

net.g

o.jp


DANE METEOROLOGICZNE

JEDNORODNOŚĆ CIĄGU KLIMATOLOGICZNEGO

http

://w

ww.

mul

ti-pr

o.pl

nieobciążenie wartości przez czynniki pozameteorologiczne (Niedźwiedź 2003)

konieczna dla poprawnej interpretacji wyników badań

PRZYCZYNY NIEJEDNORODNOŚCI DANYCH

zmiany w otoczeniu stacji

zmiany położenia stacji

zmiany przyrządów pomiarowych

zmiany metod pomiaru

czynnik ludzki


REANALIZA METEOROLOGICZNA

stały model asymilacji danych pomiarowych

powtórne przeanalizowanie szeregów czasowych pomiarów meteorologicznych

integracja danych pomiarowych z różnych źródeł

NCEP-NCAR, ERA-40, NARR

http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/narrhttp://www.ecmwf.int

„KLIMATOLOGIA GRIDOWA”


REANALIZA NCEP-NCAR

National Centers for Environmental Prediction & National Center for Atmospheric

Research

1996 – udostępnienie 40-letniej

serii danych – E. Kalnay

http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep.reanalysis.html

wielolecie: od 1948

rozdzielczość czasowa:

6h, doba, miesiąc

rozdzielczość przestrzenna:

2,5 X 2,5°, p. izobaryczne

DOSTĘPNE DANE:

http://www.esrl.noaa.gov


REANALIZA NCEP-NCAR

I. DATA PREPARATION II. DATA ASSIMILATION III. DATA DISTRIBUTION

dane radiosondażowe oceaniczne dane

COADS dane z samolotów dane synoptyczne dane satelitarne

dane wejściowe:

dekodowanie i kontrola danych – „błędy grube”

kontrola jakości danych

model T62

CQC rawinsonde SSI / 3D variational 4D ocean model optimal SST interpolation optimal averaging

rozdzielczośćhoryzontalna: 210 km

rozdzielczość wertykalna:poziomy sigma i 17 poziomów izobarycznych

output z modelu

kontrola danych wyjścio-wych



REANALIZA NCEP-NCAR – output

OUTPUT

„A” – zmienna silnie zależna od wartości obser-wowanej;

„B” – zmienna mierzona, która pozostaje jednak pod silnym wpływem modelu

„C” – zmienna niemierzona, w pełni modelowana

MODEL

OBSERWACJE

wilgotność, temperatura min. i max.

ciśnienie na poziomie morza, wysokość geopotencjału, wiatr,

opady atmosferyczne, rodzaje chmur.


REANALIZA NCEP-NCAR – output(Kalnay i in. 1996)


SPOSOBY PRZETWARZANIA DANYCH

P R Z E G L Ą D A N I E D A N Y C H

strona reanaliz program Panoply



SPOSOBY PRZETWARZANIA DANYCH

format wielowymiarowy NetCDF [.nc]

„wtyczka”: netcdf4excel; program HDFView

ArcGIS 10.1

Multidimension Tools

Geostatistical Analyst


SKALA GLOBALNA

analizy przestrzenne w małych skalach, o dużej generalizacji

śledzenie anomalii elementów klimatologicznych w ujęciu sezonowym i wieloletnim


SKALA REGIONALNA: inwersje temperatury powietrza w „Krakowie”

wielolecie 1961-2010 punkt gridowy 20°E, 50°N

poziomów izobarycznych: 1000, 925, 850, 700, 600 hPa

wartości temperatury powietrza w terminach: 00, 06, 12, 18 UTC

DANE: LICZBA DNI Z ITP

LICZEBNOŚĆ CZĘSTOŚĆ [%]

1000-600 35 0,21000-700 711 3,91000-850 3 030 16,61000-925 6 685 36,6

LICZBA CAŁODOBOWYCH ITP

LICZEBNOŚĆ CZĘSTOŚĆ [%]

1000-600 2 0,01000-700 100 0,61000-850 812 4,41000-925 815 4,5(fo

t. Pa

weł

Krz

an -

ww

w.k

rzan

.pl)


POZIOM IZOBARYCZNY

powierzchnia o jednakowej wartości ciśnienia w atmosferze położona na danej wysokości (Niedźwiedź 2003)

Przybliżona wysokość powierzchni izobarycznych (Crowe 1987)

Mapa topografii barycznej (wetter3.de)


SKALA REGIONALNA: inwersje temperatury powietrza w „Krakowie”

ZMIENNOŚĆ DOBOWAZMIENNOŚĆ SEZONOWA

1000

-850

hPa

1000

-925

hPa


CASE STUDY: inwersje temperatury powietrza w „Krakowie”

17 XII 2007 – 31 XII 2007

najdłużej trwająca ITP w wieloleciu 1961-2010 na poziomach 1000-925 i 1000-850 (55 terminów)

najwyższe natężenie ITP.

sytuacja synoptyczna: klin antycyklonalny

1000-925: 20,1°C (22 XII 2007 06 UTC)1000-850: 22,1°C (22 XII 2007 06 UTC)


CASE STUDY: inwersje temperatury powietrza w „Krakowie” 700hPa

17 XII 2007 – 31 XII 2007 (wetter3.de)



17 XII 2007 – 31 XII 2007 (wetter3.de)



17 XII 2007 – 31 XII 2007 (wetter3.de)



17 XII 2007 – 31 XII 2007 (wetter3.de)



17 XII 2007 – 31 XII 2007 (wetter3.de)



17 XII 2007 – 31 XII 2007 (wetter3.de)



17 XII 2007 – 31 XII 2007 (wetter3.de)



17 XII 2007 – 31 XII 2007 (wetter3.de)



17 XII 2007 – 31 XII 2007 (wetter3.de)


JAKOŚĆ REANALIZY NCEP-NCAR

jakościowa kategoryzacja danych

** temperatura powietrza** wiatr – prędkość i kierunek** wysokość geopotencjału

?? opady atmosferyczne

obszerna literatura (Kalnay i in. 1996;

Kistler i in. 2001; Osuch 2000, 2001;

Liszewska 2001; Marshall 2002;

Schafer, Avery 2003; Visi, Przybylak

2006; Pilarski i in. 2010)

przestrzenne zróżnicowanie stopnia „dopasowania” modelu (Kalnay i in. 1996)


JAKOŚĆ REANALIZY NCEP-NCAR: próba analizy

DANE: temperatura powietrza

reanaliza NCEP-NCAR dla gridu 20°E, 50°N

sondaże atmosfery dla stacji Poprad-

-Ganovce (University of Wyoming)

http://gaw.empa.ch

2 terminy: 00 i 12 UTC

wielolecie: 1981-2010

poziomy izobaryczne:

850, 700, 500, 400, 300 hPahttp

://w

eath

er.u

wyo

.edu


JAKOŚĆ REANALIZ NCEP-NCAR: próba analizy

WSPÓŁCZYNNIK KORELACJI BŁĄD ŚREDNI RMSE


P R Z E B I E G Ś R E D N I E J M I E S I Ę C Z N E J T E M P E R AT U R Y P O W I E T R Z A

850

hPa

700

hPa

300

hPa

500

hPa


PODSUMOWANIE I WNIOSKI

ogromny zbiór danych stwarzający możliwości prowadzenia badań

dobre źródło danych w analizach dotyczących skali globalnej

zróżnicowanie jakości danych – kategoryzacja jakościowa

silnie zróżnicowana przestrzennie i czasowo jakość danych

- stopień dopasowania modelu; konieczność prowadzenia dalszych badań

rozważne korzystanie z danych modelowych!!! konieczna weryfikacja!!!


SPIS LITERATURY

Kalnay E., Kanamitsu M., Kistler R., Collins W., Deaven D., Gandin L., Iredell M., Saha S., White G., Woollen J., Zhu Y., Chelliah M., W. Ebisuzaki, Higgins W., Janowiak J., Mo K. C, Ropelewski C., Wang J., Leetmaa A., Reynolds R., Jenne R., D. Joseph, 1996, The NCEP/NCAR 40-Year Reanalysis Project, Bulletin of American Metorological Society, 77, 437–471. Kistler R., Kalnay E., Collins W., Saha S., White G., Wollen J., Chelliah M., Ebisuzaki W., Kanamitsu M.,Kousky V., van der Dool H., Jenne R., Florino M., 2001, The NCEP-NCAR 50-Year Reanalysis: Monathly and Means CD-ROM and Documentation, Bulletin of American Metorological Society, 82, 247-267Liszewska M., 2001, Reanalizy i modele klimatyczne (część B), Rocznik Fizycznogeograficzny, VI, 101-112Marshall G. J., 2002, Trends in Antarctic Geopotential Height and Temperature: A comparison between Radiosonde and NCEP-NCAR Reanalysis Data, Journal of Climate, 15, 659–674Miętus M., 2009, O przydatności rezultatów globalnych reanaliz NCEP i ERA-40 do opisu warunków termicznych w Polsce, Wyd. IMGW, WarszawaOsuch M., 2000, Comparsion of mean sea level pressure from GCMs against re-analyses forCentral Europe, Images and reconstructions of Weather and Climate over the Last Millennium,Zeszyty Naukowe UJ, Prace Geograficzne, 107, 415-422


SPIS LITERATURY

Osuch M., 2001, , Reanalizy i modele klimatyczne (część A), Rocznik Fizycznogeograficzny, VI, 97-99Pilarski M., Walczakiewicz S., Marosz M., 2010, Ocena przydatności reanalizy NCEP/NCARw badaniach zmienności warunków pluwialnych w Polsce [w:] T. Ciupa, R. Suligowski (red.),Woda w badaniach geograficznych, IG UJK, 375-385 Schafer R., Avery S. K., 2003, A comparison of VHF Wind Profiler Obserwations and the NCEP-NCAR Reanalysis over the Tropical Pacific42, Journal of Applied Meteorology and Climatology, 873–889.Ustrnul Z., 2001, Dane gridowe a cyrkulacja atmosferyczna, Rocznik Fizycznogeograficzny,VI, 7-12 Vizi Z., Przybylak R., 2006, Reanaliza NCEP/NCAR i możliwości jej wykorzystania do badań rozkładu przestrzennego temperatury powietrza w Arktyce i Subarktyce Amerykańskiej, Ann. Univ. Mariae Curie-Skłodowska, Sectio B: Geographia, Geologia, Mineralogia et Petrographia, LXI: 436-445.

Documents

REANALIZA NCEP-NCAR JAKO PRZYKŁAD …uatacz.up.krakow.pl/~ · integracja danych pomiarowych z różnych źródeł NCEP-NCAR, ERA-40, NARR ... dobre źródło danych w analizach dotyczących