FTP or production of Input Data

1. FTP or production of Input Data Pre-processing and model run Post-processing 6) Στοχαστική πρόγνωση(Ensemble Forecasting) Παράδειγμα λειτουργίαςενός αριθμητικού μοντέλου Χρόνος Output available to the users Ανάλυση είναι το σύνολο των μετεωρολογικών δεδομένων που έχουν κατάλληλα προετοιμαστεί σε σημεία πλέγματος σε διάφορα επίπεδα της ατμόσφαιρας, τα οποία αποδίδουν όσο το δυνατόν καλύτερα τις μετεωρολογικές συνθήκες για κάποια συγκεκριμένη χρονική στιγμή και μπορούν να χρησιμοποιηθούν από ένα αριθμητικό μοντέλο είτε σαν αρχικά δεδομένα για τη δημιουργία της πρόγνωσης είτε και σαν οριακές συνθήκες σε προσομοιώσεις (hindcasts). Πρέπει να γίνει σαφές ότι ενώ ο στόχος της ανάλυσης είναι η όσο το δυνατόν καλύτερη αποτύπωση των μετεωρολογικών συνθηκών σε μια δεδομένη χρονική στιγμή, υπάρχει σχεδόν πάντα μια απόκλιση της ανάλυσης από τις πραγματικές συνθήκες. Δεδομένα από πολλές πηγές (όπως SYNOP, METAR, ραδιοβολίσεις, παρατηρήσεις αεροπλάνων, δορυφορικά δεδομένα, προγνώσεις μοντέλων) μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία της ανάλυσης.

2. Ο στόχος της Αφομοίωσης Δεδομένων (data assimilation) είναι ο συνδυασμός όλων των δεδομένων εισόδου (παρατηρήσεις, προγνώσεις μοντέλου) με κατάλληλο τρόπο έτσι ώστε στην ανάλυση που θα προκύψει τα πεδία της κίνησης και της μάζας να είναι σε ισορροπία. Η ανάλυση αυτή, στη συνέχεια, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αρχικοποίηση (initialization) του αριθμητικού μοντέλου και τη δημιουργία της πρόγνωσης. Παρατηρήσεις Πρόγνωση Αποτέλεσμα πρόγνωσης x x x Χρόνοι εφαρμογής Κατάσταση μοντέλου Παράθυρο δεδομένων x x x Ανάλυση που προκύπτει από το σύστημα αφομοίωσης δεδομένων x χρόνος

3. ECMWF Συσχέτιση ανωμαλιών του σφάλματος πρόγνωσης του γεωδυναμικού ύψους στα 500 hPa στο Β. Ημισφαίριο για 329 ημέρες του 2003 και 2004.

4. Η μέθοδοςτης στοχαστικής ή συνολικής πρόγνωσης (ensemble forecasting) παρέχει ένα μέτρο του βαθμού της αβεβαιότητας των αριθμητικών προγνώσεων, γνωρίζοντας ότι οι προγνώσεις περιέχουν σφάλματα. • Τα σφάλματα των προγνώσεων προέρχονται κυρίως από: • 1)Σφάλματα στις αρχικές συνθήκες των μοντέλων, π.χ. έλλειψη παρατηρήσεων, σφάλματα των οργάνων μέτρησης, σφάλματα του μοντέλου που διατηρούνται στο σύστημα αφομοίωσης δεδομένων • 2) Το ότι οι προγνωστικές εξισώσεις των μοντέλων είναι σχετικά απλοποιημένες μορφές των φυσικών νόμων που διέπουν την κίνηση της ατμόσφαιρας. Επίσης επιλύονται με αριθμητικές μεθόδους, άρα προσεγγιστικά. • 3) Το ότι οι διάφορες φυσικές διεργασίες (π.χ. τυρβώδη ροή στο οριακό στρώμα, κατακόρυφη μεταφορά λόγω αστάθειας, ηλιακή ακτινοβολία) αναπαριστώνται μέσω παραμετροποιήσεων που περιέχουν υποθέσεις και προσεγγίσεις. • 4) Την χωρική ανάλυση του μοντέλου που δεν επιτρέπει μικρότερης κλίμακας διαταραχές να αναλυθούν επαρκώς.Επίσης η χωρική ανάλυση θέτει ένα όριο στην ανάλυση των χαρακτηριστικών του εδάφους (π.χ. ορογραφία, φυτοκάλυψη)

5. 6.1) Σχηματική Αναπαράσταση των Στοχαστικών Προγνώσεων • Η ρητή προσέγγιση της αριθμητικής πρόγνωσης καιρού παρέχει μοναδική πρόγνωση (μπλε γραμμή) της πραγματικής εξέλιξης του συστήματος (κόκκινη γραμμή) • Οι στοχαστικές προγνώσεις παρέχουν εκτιμήσεις της συνάρτησης πυκνότητας πιθανότητας μελλοντικών καταστάσεων (κλειστοί μωβ σχηματισμοί)

6. 6.1.1) ΜΕΘΟΔΟΣ «ΤΩΝ ΦΤΩΧΩΝ» (POOR-MAN’S ENSEMBLE) • Συνδυασμός ανεξάρτητων αριθμητικών προγνώσεων από διάφορα μοντέλα ή προγνωστικά κέντρα • Παλαιότερα αυτή η μέθοδος είχε δώσει καλύτερα αποτελέσματα από το EPS (Ziehmann 1998, Atger 1999). • Όμως, η νεότερη έκδοση (T255L40) του EPS εμφανίζει καλύτερα αποτελέσματα (Buizza et al. 2003)

7. 6.1.2) ΜΕΘΟΔΟΣ LAF • Η LAF (LaggedAverageForecasting) προτάθηκε από τους Hoffman και Kalnay το 1983. Κατά τη συγκεκριμένη διαδικασία τα προγνωστικά μέλη προέρχονται από ολοκληρώσεις διαδοχικών κύκλωνανάλυσης • Το πλήθος των μελών της LAF περιορίζεται από τον αριθμό των διαθέσιμων αναλύσεων, ενώ τα προγνωστικά μέλη δεν μπορούν να θεωρηθούν ισοπίθανα

8. 6.1.3) ΜΕΘΟΔΟΣ EPS (Ensemble Prediction System) • Η EPS (EnsemblePredictionSystem) προτάθηκε από τους Palmeretal. (1993) και Moltenietal. (1996)και χρησιμοποιείται στο Ευρωπαϊκό Κέντρο Μεσοπρόθεσμων Προγνώσεων Καιρού (European Center for Medium range Weather Forecasts - ECMWF) στην Αγγλία. • Η βασική αρχή της μεθόδου είναι ότι μικρά λάθη στην ανάλυση, ιδιαίτερα σε ευαίσθητες περιοχές της ατμόσφαιρας, μπορούν να επηρεάσουν την πρόγνωση της ατμοσφαιρικής ροής κατά τη διάρκεια της προγνωστικής περιόδου. Δηλαδή, μία πολύ λίγο διαφορετική ανάλυση μπορεί να προκαλέσει μία σημαντικά διαφορετική πρόγνωση. • Για την αναπαράσταση της αβεβαιότητας της πρόγνωσης λόγω των αρχικών συνθηκών, προστίθενται στην ανάλυση επιλεγμένες διαταραχές προκαλώντας ένα εύρος διαφορετικών αρχικών συνθηκών. • Οι αριθμητικές προγνώσεις που προέρχονται από αυτές τις τροποποιημένες αναλύσεις έχουν ίσες πιθανότητες μεταξύ τους, αλλά είναι γενικά λιγότερο καλές από την επιχειρησιακή πρόγνωση που προήλθε από την μη-τροποποιημένη ανάλυση.

9. ΜΕΘΟΔΟΣ EPSΕυαίσθητες περιοχές – Μοναδιαία διανύσματα (Singular Vectors) Πίεση μίας διαταραχής στη μέση στάθμη της θάλασσας κόκκινο χρώμα = θετικές τιμές μπλε χρώμα = αρνητικές τιμές Τ+0 Τ+12 Τ+24 Τ+42 Με τα μοναδιαία διανύσματα εντοπίζονται οι δυναμικά πιο ασταθείς περιοχές της ατμόσφαιρας. Αυτές είναι οι περιοχές όπου μικρές αρχικές αβεβαιότητες θα επηρεάσουν μία 48-ωρη πρόγνωση πιο γρήγορα. Πηγή:Montani (1998)

10. Πετρολιάγκης (2002) Πρόγνωση της θερμοκρασίας στα 850 hPa για το Ελσίνκι. Μαύρη γραμμή = Επιχειρησιακή Πρόγνωση (deterministic model) Μπλε γραμμή = Ανάλυση Κόκκινες γραμμές = Μέλη Στοχαστικής Πρόγνωσης

11. ΜΕΘΟΔΟΣ EPS στο ECMWF • 1992. Τ63L19. 33 προγνωστικά μέλη • 1996. T159L31. 51 προγνωστικά μέλη • 1998. Εισαγωγή αλγορίθμου που προσομοιώνει τις αβεβαιότητες του μοντέλου λόγω τυχαίων σφαλμάτων στις παραμετροποιήσεις • 1999. T159L40. 51 προγνωστικά μέλη • 2000. T255L40. 51 προγνωστικά μέλη. • 2006. T399L62. 51 προγνωστικά μέλη. Τα 50 προγνωστικά μέλη δημιουργούνται με χρήση: α) της χαμηλής-ανάλυσης έκδοσης του μοντέλου που χρησιμοποιεί το EPS, β) των 50 διαταραγμένων αναλύσεων Το 51ο μέλος χρησιμοποιεί: α) την χαμηλής-ανάλυσης έκδοση του μοντέλου του EPS, β) την επιχειρησιακή ανάλυση

12. Νέα έκδοση:IFS c30r1

13. 6.2) Διαθέσιμα Προϊόντα από το EPS • Οριζόντιες τομές • Α1) Προγνώσεις με χρήση της επιχειρησιακής ανάλυσης και των διαταραγμένων αρχικών συνθηκών

18. Ισοβαρικά επίπεδα: 1000, 925, 850, 700, 500, 200 hPa. Τα πεδία επίσης μπορούν να διατεθούν στα επίπεδα του μοντέλου. • Πεδία στο επίπεδο δυναμικού στροβιλισμού ίσο με 2000 • Δυναμική θερμοκρασία (PT) • Πίεση (PRES) Γεωδυναμικό (Z) Ταχύτητες ανέμου U και V (U, V) Ειδική υγρασία (Q) • Πεδία στα ισεντροπικά επίπεδα των 300, 315, 330, 350, 370, 395, 475, 600 και 850 K • Πίεση (PRES) Δυναμικός Στροβιλισμός (PV) Στροβιλισμός (VO) Απόκλιση (D) Διαθέσιμη από όλα τα 51 μέλη } Διαθέσιμα μόνο από το μέλος του EPS με την αδιατάρακτη ανάλυση } Διαθέσιμα μόνο από το μέλος του EPS με την αδιατάρακτη ανάλυση

19. Πεδία διαθέσιμα σε πλέγμα σημείων 0.5ºx0.5º και για οποιαδήποτε περιοχή • Προγνώσεις από κύκλους 00 και 12 UTC • Τα επιφανειακά πεδία και τα πεδία σε ισοβαρικά, ισεντροπικά επίπεδα και σε επίπεδα ίσου δυναμικού στροβιλισμού διατίθενται από • Τ+0 – Τ+132 ανά 3-ωρο • Τ+138 – Τ+240 ανά 6-ωρο • Τα SWV2, SWV3, SWV4, STL2, STL4, SRC, SKT διαθέσιμα μέχρι Τ+168

20. Κάνει εφικτή την υποκειμενική ομαδοποίηση των προγνωστικών μελών • Ο προγνώστης μπορεί να διακρίνει αν η συνοπτική κυκλοφορία σε ένα ή περισσότερα μέλη είναι ασυνήθιστη

21. Α2) Μέσος όρος και τυπική απόκλιση ομαδοποιημένων στοχαστικών προγνώσεων

22. T+96 T+120 T+144 T+168 C L U S T E R 1 C L U S T E R 2 C L U S T E R 3

23. T+96 T+120 T+144 T+168 C L U S T E R 4

24. Α3) Χάρτες πιθανοτήτων • Οι χάρτες πιθανοτήτων αποτελούνται από 2-διάστατα πεδία που παρέχουν τις πιθανότητες εμφάνισης συγκεκριμένων μετεωρολογικών συνθηκών για κάθε σημείο πλέγματος και για συγκεκριμένη χρονική στιγμή ή χρονική περίοδο

25. Πιθανότητα Θερμοκρ. 2μ < 0ºC Valid: 00 UTC, Τρ. 24/1/06 Πιθανότητα Θερμοκρ. 2μ < 0ºC Valid: 12 UTC, Τρ. 24/1/06

26. Πιθανότητα ανέμου στα 10μ > 15 m/s Valid: 12 UTC, Δευ. 23/1/06 Πιθανότητα Ριπών ανέμου 10μ > 25 m/s Από 12 UTC, Κυρ. 22/1/06 Έως 12 UTC, Δευ. 23/1/06

27. Α4) Δείκτης πρόγνωσης ακραίων φαινομένων- EFI • Ο δείκτης EFI (Extreme Forecast Index) παίρνει τιμές από –1 έως 1 ανάλογα με τη διαφορά ανάμεσα στις στοχαστικές προγνώσεις και την κλιματολογία του μοντέλου. • Τιμή του δείκτη ίση με 1 σημαίνει ότι σύμφωνα με το EPS υπάρχει 100% πιθανότητα ότι οι τιμές του πεδίου θα είναι μεγαλύτερες από την απολύτως μέγιστη τιμή της κλιματολογίας του μοντέλου. • Αντίστοιχα, τιμές ίσες με –1 δηλώνουν βεβαιότητα για εξαιρετικά χαμηλές τιμές. • Ο δείκτης παίρνει την τιμή 0 όταν όλα τα μέλη της στοχαστικής πρόγνωσης προβλέπουν τιμές ίσες με τη διάμεσο της κλιματολογίας.

28. Δείκτης θερμοκρασίας στα 2μ Valid: 12 UTC, Παρ. 20/1/06 Δείκτης θερμοκρασίας στα 2μ Valid: 12 UTC, Σαβ. 21/1/06

29. Δείκτης θερμοκρασίας στα 2μ Valid: 12 UTC, Δευ. 23/1/06 Δείκτης θερμοκρασίας στα 2μ Valid: 12 UTC, Τρ. 24/1/06

30. Δείκτης Υετού 06 UTC, Κυρ. 22/1/06 – 06 UTC, Δευ. 23/1/06 Δείκτης Ταχύτητας Ανέμου 10μ. 12 UTC, Δευ. 23/1/06

31. Β) Χρονοσειρές μετεωρολογικών παραμέτρων (51 μέλη) * διαθέσιμα στα ισοβαρικά επίπεδα των 1000, 850, 700, 500, 200 hPa

34. Τ+0 : 00 UTC, Παρ. 20/1/06 Π Σ Κ Δ Τ Τ Π Π Σ Κ Δ