Upload
georgy-ayzel
View
240
Download
5
Embed Size (px)
Citation preview
Мысленков Станислав Александрович
Технология оперативного прогноза волнения высокого разрешения, на примере Чёрного моря
МГУ имени М.В.Ломоносова, Географический факультет, кафедра океанологии [email protected]
При участии Е.В. Столяровой и В.С. Архипкина
Разведка и подготовка к добыче нефти и газа на шельфе, строительство морских объектов делает востребованными точные региональные
прогнозы волнения для прибрежной зоны, портов и гаваней.
Лазаревское
Имеретинский порт
Имеретинский порт
Шторма на Черном море представляютбольшую потенциальную опасность
для различных объектов,расположенных в прибрежной зоне. Нередко шторма приносят реальные
разрушения…
Актуальность
Цели доклада:
Общая схема разработки диагноза и прогноза волнения
Создание неструктурной вычислительной сетки
Использование данных о ветре из реанализа и прогноза
Создание Batch скриптов
Визуализация прогнозов
Продукция – прогноз волнения высокого разрешения
Схема разработки системы диагноза и прогноза волнения
ВетерРеанализ
NCEP CFSR, JRA-25
ВетерПрогноз GFS,
Региональные модели
COSMO, WRF
SWANПосле
калибровки
Региональный прогноз
волнения
Сравнение с данными
наблюдений (буи, спутники)
БатиметрияНавигационные
карты
SWANНа
неструктурной сетке
Поля ветрового волненияДиагноз Оценка качества
прогноза волнения
Мировая практика
• В мире в последние годы для диагноза и прогноза волнения все чаще применяются региональные версии волновых моделей , с использованием данных мезомасштабных метеорологических моделей.
• Современные волновые модели: WAM, WaveWatch3, SWAN, STWAVE, CGWAVE и др.
• Реанализы полей ветра и давления: NCEP/NCAR, NCEP CFSR, ERA-Interim, JRA и др.
• Мезомасштабные прогнозы ветра и давления: GFS, Hirlam, WRF, Cosmo, Aladin и др.
STRATEGIES IN USING NUMERICAL WAVEMODELS IN OCEAN/COASTAL APPLICATIONSEugen Rusu //Journal of Marine Science and Technology, Vol. 19, No. 1, pp. 58-75 (2011)
В ФГБУ «Гидрометцентр России» в оперативном режиме работает технология прогноза ветрового волнения в Черном море с пространственным разрешением – 9 км, прогнозы ветра GFS.
ГОИН. Система оперативного диагнозаи прогноза гидрометеорологическихполей для Карского и Печорского морей. WRF И РАВМ.
Новизна работы определяется совместным использованием численных моделей SWAN и WRF на оригинальной неструктурной сетке, включающей все Черное море и выбранные прибрежные районы с высоким разрешением (до 200 м).
Неструктурная сетка для Черного моря
Сетка состоит из 15 000 узлов, шаг в нужных районах до 200-300 мПри использовании регулярной сетки с шагом 0.05° - 33 000 узлов.
Суперкомпьютер “Cray CX” МГУ М.В.Ломоносова, 24 ядра Intel Xeon, 2.9 GHz – расчет прогноза на 3 суток занимает 2 часа
Инструментальные данные о волнении
Дистанционный измеритель волнения в Цемесской бухте, Шесхарис (глубина 22 м, ряд за 2010-11 год, высота значимых волн, дискретность 15 мин, точность 2-3 см)
Данные предоставил А. Пономарев(Гидрометеобюро Новороссийска)
5 км
Применение технологии для Голубой бухты (Геленджик)
6/26/11 6/27/11 6/28/11 6/29/11Date
0
1
2
3
4
Wav
e he
ight
, m
Measured significant wave heightMeasured maximum wave heightModeled significant wave height
Суперкомпьютер “Cray CX” МГУ М.В.Ломоносова
SMS (Surface Water Modelling System)
Нерегулярная сеткаЧерное море кол-во узлов 8443Разрешение в открытом море 10 км Цемесская бухта 200-300 м Вычислительный шаг 15 мин.
Работа в программе SMS Aquaveo
Метеорологическая информация
GFS - среднесрочный глобальный прогноз метеоусловий (72 часа, 0.25°, шаг 3 часа)
NCEP CFSR – глобальный реанализ (1979-2010 0.31°, 1 час), (2011-н/в 0.2°, 1 час)
Система оперативного прогноза• Исполняемые файлы системы расположены не сервере CRAY в МГУ
имени М.В.Ломоносова. • Ежедневно с сервера NOAA (ftp://nomads.ncdc.noaa.gov/GFS/)
происходит скачивание полей прогноза GFS на 72 часа с шагом 3 часа. • Помощи скриптов из глобальных полей GFS вырезается область
Черного моря.• Происходит конвертация полей GFS и формирование входного файла
для модели SWAN. • После формирования входного файла происходит запуск модели
SWAN. • После окончания расчетов модель выдает файлы содержащие
следующую информацию о волнении.• Далее при помощи скриптов в Surfer производится построение карт
распределения параметров волн для акватории Черного моря и для Цемесской бухты в увеличенном масштабе.
• Готовые прогнозы отправляются на е-майл.
Скрипт для запуска моделиДля автоматизации технологии прогноза написан batch скрипт для windows, позволяющий автоматически загружать поля, запускать модель SWAN, визуализировать данные.set dd=%date:~6,4%%date:~3,2%%date:~0,2%echo %dd% > date.txt4yest.exefor /f %%i in (dateY.txt) do set ddy=%%i echo %ddy%wget64.exe -a wget.log -O gfs.t12z.master.grbf00.10m.uv.grib2 -t 100 http://www.ftp.ncep.noaa.gov/data/nccf/com/gfs/prod/gfs.%ddy%12/gfs.t12z.master.grbf00.10m.uv.grib2wget64.exe -a wget.log -O gfs.t00z.master.grbf00.10m.uv.grib2 -t 100 http://www.ftp.ncep.noaa.gov/data/nccf/com/gfs/prod/gfs.%dd%00/gfs.t00z.master.grbf00.10m.uv.grib2wgrib2.exe gfs.t12z.master.grbf00.10m.uv.grib2 -d 1.1 -lola 27:31:0.5 40:17:0.5 %ddy%_12_000U.txt textwgrib2.exe gfs.t12z.master.grbf00.10m.uv.grib2 -d 1.2 -lola 27:31:0.5 40:17:0.5 %ddy%_12_000V.txt textwgrib2.exe gfs.t00z.master.grbf00.10m.uv.grib2 -d 1.1 -lola 27:31:0.5 40:17:0.5 %dd%_000U.txt textwgrib2.exe gfs.t00z.master.grbf00.10m.uv.grib2 -d 1.2 -lola 27:31:0.5 40:17:0.5 %dd%_000V.txt text4input.exeswan_convert.exeswan.exerazdelenie.exescripter.exe -x Azov_karta_zoom003.basscripter.exe -x Black_karta_zoom003.basscripter.exe -x Kerch_karta_zoom003.basscripter.exe -x Total_karta_zoom003.bas
Скрипт для запуска визуализацииSub Main
Dim SurferApp As ObjectSet SurferApp = CreateObject("Surfer.Application")SurferApp.Visible = True
WorkDir="D:\Matlab\kerch\KerchForecastSystem\wave\"Dim Plot As ObjectSet Plot = SurferApp.Documents.AddInFile ="D:\Matlab\kerch\KerchForecastSystem\003.txt"OutFile = "D:\Matlab\kerch\KerchForecastSystem\wave\\" + "003"
LvlFile=WorkDir+"1.lvl"BlankFile1=WorkDir+"Setka_Total.bln"
xcol= 1ycol= 2zcol= 3
'Grids the specified data file using the Kriging algorithmSurferApp.GridData(DataFile:=InFile, xcol:=xcol,ycol:=ycol,zcol:=zcol, xMin:=27.440647,
xMax:=41.800105, yMin:=40.932543, yMax:=47.287045, Algorithm:=5, ShowReport:=False, OutGrid:=OutFile)……………………..
Dim Wks As ObjectSet Wks = SurferApp.Documents.Open("D:\gfs\Date.txt")
Dim Text As ObjectSet Text = Shapes.AddText(x:=2.0, y:=8.0, Text:="Significant wave height (m) forecast for 003 hours
from") Text.Font.Size = 12
Text.Font.Bold = True Set Text = Shapes.AddText(x:=6.4, y:=8.0, Text:=plotdoc1)
Text.Font.Size = 12Text.Font.Bold = True
Plot.Export(FileName:= WorkDir+"Total_wave_003.png", SelectionOnly:=False , Options:="Width=600, Height=375")
End Sub
Отправка продукции потребителю• rem *** Путь к программе blat.exe ***• set file_blat=blat.exe• rem *** Путь к файлу с текстом сообщения ***• set file_text=date.txt• rem *** Путь к файлу для сохранения лога ***• set file_log=log.txt
• rem *** Данные отправителя ***• set from_server=127.0.0.1 (stunnel.exe)• set from_port=587• set [email protected]• set [email protected]• set from_pass=BlackSea• set to_subject="Azov, Black Sea and Kerch wave forecast“
• %file_blat% %file_text% -attach kerch_wave_forecast_%dd%.zip -server %from_server%:%from_port% -f %from_mail% -u %from_name% -pw %from_pass% -to [email protected] -s %to_subject% -log %file_log%
Список опубликованных работ
1. Система регионального прогноза ветрового волнения в Цемесской бухте Черного моря Мысленков С.А., Архипкин В.С. // Труды государственного океанографического института, 2014, том 215, с. 117-125
2. Анализ ветрового волнения в Цемесской бухте Черного с использованием модели SWAN Мысленков С.А., Архипкин В.С. //Труды Гидрометеорологического научно-исследовательского центра Российской Федерации, 2013,№ 350, с. 58-67
3. Система мониторинга ветрового волнения в прибрежной зоне черного моря на основе радиолокации, прямых наблюдений и моделирования: первые результаты Ивонин Д.В., Мысленков С.А., Чернышов П.В., Архипкин В.С., Телегин В.А., Куклев С.Б., Чернышова А.Ю.,Пономарев А.Ю., Халиков
З.А. Проблемы региональной экологии, 2013, № 4, с. 172-182
4. Прогноз ветрового волнения высокого пространственного разрешения в Керченском проливе Столярова Е.В., Мысленков С.А.
в журнале Труды Гидрометеорологического научно-исследовательского центра Российской Федерации, № 354, с. 24-35
Изм
ерен
ия, м
Изм
ерен
ия, м
Изм
ерен
ия, м
Геленджик Хопа Синоп
Оценка качества диагностической версии на глубокой водеСравнение результатов моделирования с инструментальными данными
Шаг по времени 15 мин, длина ряда около 1 года. SWAN+CFSR.
Кол-во значений Геленджик 1649
Хопа
3121Синоп
2412Корреляция 0.89 0.84 0.87
Систематическая ошибка, м 0.05 0.01 0.03Средняя квадратическая ошибка, м 0.38 0.28 0.25
Коэффициент рассеяния 0.38 0.49 0.31
Модель, м Модель, м Модель, м
Сравнение с РАВМ
(Кабатченко И.М., Резников М.В. Моделирование морского ветрового волнения, методы и аспекты прикладного применения, Труды ГОИН, 2011, Т.213)
Средняя высота волн, м
SWANИзмерения
РАВМ
29
Здесь хотелось бы ещё что-то по SWAN дать с лазерным уровнемером
Сравнение высоты волны по модели с данными волномера февраль 2010
Swh – высота значительных волн, м
Сравнение высоты волн по модели с данными волномераноябрь-декабрь 2011
Swh –высота значительных волн, м
Статистические оценки качества моделирования волнения с ветром CFSR на мелкой воде
2010 2011Месяц Корр. Сист.
Ошибка, м
Ср.Кв. Ошибка, м
Корр. Сист. Ошибка, м
Ср.Кв. Ошибка, м
январь 0,78 -0,06 0,38 0,81 -0,12 0,26февраль 0,85 0,09 0,43 0,92 -0,19 0,30март 0,71 -0,17 0,31 0,91 -0,12 0,20апрель 0,54 -0,15 0,25 0,87 -0,17 0,31май 0,35 -0,15 0,23 0,26 -0,18 0,24июнь 0,53 -0,23 0,30 0,78 -0,28 0,32июль 0,51 -0,29 0,33 0,41 -0,31 0,34август 0,30 -0,28 0,31 0,44 -0,28 0,31сентябрь 0,60 -0,17 0,22 0,51 -0,22 0,24октябрь 0,72 -0,10 0,22 0,73 -0,13 0,21ноябрь 0,89 -0,04 0,27 0,80 -0,17 0,22декабрь 0,77 0,08 0,40 0,74 -0,01 0,30Среднее 0,79 -0,12 0,31 0,81 -0,19 0,27Среднее (период май-сентябрь исключен)
0,81 -0,04 0,34 0,83 -0,12 0,26
Использование ветра WRF в диагностических расчетах
Диагноз значительной высоты волн по данным измерений и по результатам моделирования с использованием ветра WRF и CFSR
за период 7-23 декабря 2010 г
Прогноз на 3-72 часа высоты значительных волн по результатам моделирования с использованием форсинга WRF (А) и GFS (Б) за период 16-31 марта 2012 г.
Использование ветра WRF и GFS в прогностических расчетах
А
Б