Meteorologija

Meteorologija

V okviru meteorološkega delovnega sklopa v Centru odličnosti «Vesolje» se ukvarjamo z uporabo satelitskih meritev v meteorologiji in klimatologiji. Meteorološke in klimatološke aplikacije so med glavnimi uporabniki satelitskih informacij na splošno. Uporaba satelitskih meritev za izboljšanje modelov za napovedovanje vremena, opis klime in pripravo klimatskih scenarijev ter za opazovanje okolja v namen varnosti je danes pomemben kriterij pri izbiri novih satelitov.

Vremenske napovedi bi bile neprimerno slabše če ne bi bilo satelitskih opazovanj, ki danes predstavljajo okoli 95% vseh podatkov uporabljenih za numerično napovedovanje. Satelitske meritve odločilno prispevajo h kvaliteti začetnih pogojev za napovedovanje, zaradi njih so napovedi vremena danes enako kvalitetne nad morjem in kopnim, na južni in severni polobli. Le nekaj let nazaj je bila kvaliteta napovedi na južni polobli bila značilno slabša zaradi pomanjkanja podatkov za pripravo začetnih pogojev. Nad območjem Slovenije so satelitske meritve ozračja še posebej pomembne, ker konvencionalnih meritev nad tlemi ni veliko. Tako se naprimer edine meritve vetra nad tlemi v Sloveniji se opravljajo ob 3 h zjutraj v Ljubljani. Operativna satelitska opazovanja potekajo štiridimenzionalno (v prostoru in času) skozi debelino ozračja od tal do približno mezosfere. Osnovni instrument je radiometer inštaliran na geostacionarnimh in polarnoorbitalnih satelitih.

Primer satelitskih radiometričnih meritev navzdol skozi ozračje: podatki, uporabljeni v Evropskem centru za srednjeročno napoved vremena, za katero so izračun pognali 26. februarja 2012 ob 00 UTC. Na razpolago je bilo 454611 meritev v vidnem in infrardečem območju (merilnik HIRS), kar je bilo le majhen delež vseh uporabljenih satelitskih  meritev. Različne barve ustrezaj različnim satelitom. Vir:  ECMWF, http://www.ecmwf.int/products/forecasts/d/charts/monitoring/. © ECMWF

V naših raziskavah se ukvarjamo z razumevanjem lastnosti prognostičnih napak globalnih in mezoskalnih modelov. Ta informacija je vgrajena v proces priprave začetnih pogojev, t.i. asimilacijo podatkov. V procesu asimilacije se opazovanja in modelska informacija kombinirajo tako, da se upoštevajo lastnosti njihovih napak. Upoštevanje oz. opis napak napovedi je izredno pomemben del postopka asimilacije. Ker resnice ne poznamo, lahko napake napovedi kvečjemu modeliramo. Zato bo razumevanje napak napovedi pomagalo k izboljšanju napovedi preko izboljšanih začetnih pogojev. Vpliv začetnih pogojev je še posebej pomemben v primeru izrednih vremenskih pojavov na mezoskali, kot so močne padavine ter nevihtni procesi z viharnim vetrom in točo. Omenjeni vremenski pojavi se v razgibanem reliefu Slovenije na stičišču vplivov Alp in Sredozemlja pojavljajo še posebej pogosto. Vremena and Slovenijo ni mogoče napovedovati brez razumevanja procesov nad Evropo in Atlantikom, za daljše napovedi pa je potrebno tudi razumevanje globalnih procesov, njihove dinamike in napak njihovih napovedi.  Prognostični modeli za omejeno območje, kot je operativni model Agencije Republike Slovenije za okolje (ARSO) ALADIN-SI, so poleg začetnih pogojev odvisni tudi od stranskih pogojev, ki jih pridobijo iz globalnega modela. Satelitske meritve v regionalnih modelih tako vplivajo na rezultate napovedi na več načinov: skozi lastne ali pridobljene začetne pogoje in skozi stranske robne pogoje, pridobljene iz globalnih modelov.

V okviru sodelovanja v CO smo pripravili vremensko napoved visoki ločljivosti v realnem času, ki je prosto dostopna na  straneh CO in na straneh Katedre za meteorologijo Fakultete za matematiko in fiziko (FMF), http://meteo.fmf.uni-lj.si/. Poleg napovedi vremena razvijamo tudi napoved onesnaženosti zraka. Zaenkrat napovedujemo ozon, v kratkem pa nameravamo napoved razširiti tudi na delce ter nekatera druga onesnaževala, katerih koncentracije je z vidika zaščite ljudi in okolja potrebno spremljati in napovedovati. Napovedi so rezultat uporabe prognosticnega modela WRF, sodelovanja z ARSO in lastnih raziskovalnih rezultatov. Center odličnosti VESOLJE-SI bo uporabljal rezultate, še posebej napoved oblačnosti, za planiranje satelitskih opazovanj oz. pri vodenju satelitov.  Cilj sodelovanja CO 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 pripomogla k razvoju modela ALADIN-SI in na splošno k razvoju meteorologije in njene uporabe v slovenskem gospodarstvu.

Predmet naših klimatoloskih raziskav je ocena nedoločenosti rezultatov regionalnih klimatskih modelov za Slovenijo.  Namreč z naraščanjem razumevanja in znanja o različnih faktorjih, ki vplivajo na klimo, bi morda lahko pričakovali, da se nedoločenost ocene klimatskih variacij in sprememb zaradi vpliva človeškega delovanja zmanjšuje. Istočasno z vedno boljšim razumevanjem klime tudi bolj natančno razumemo dejavnike, ki jih doslej nismo upoštevali in/ali se jih sploh zavedali, zato nedoločenost lahko narašča, še posebej na regionalnih skalah. Obenem večina študij vpliva klimatskih sprememb, ki so posledica človeškega vpliva na ozračje, zahteva veliko večjo ločljivost, kot jo ponujajo globalni klimatski modeli. Zato je potrebno ločljivost modelskih rezultatov izboljšati na fizikalno pravilen način. Postopek je znan kot dinamično povečevanje modelske ločljivosti, njegov namen pa je s pomočjo regionalnega klimatskega modela priti s skale, ki jo uporablja globalni klimatski model, na skalo potrebno za oceno učinkov oz. za politične odločitve. Rezultati regionalnih klimatskih modelov se uporabljajo kot vhodni parametri za druge modele (npr. modele onesnaženja) v še večji ločljivosti in za oceno odziva klimatskega sistema na siljenja na visoki ločljivosti (npr. orografija). Sposobnost regionalnih klimatskih modelov, da razvijejo informacijo v visoki ločljivosti, ni vprašljiva. Glavni vir nedoločenosti pri postopku povečevanja ločljivosti opisa klime na omejenem območju so stranski robni pogoji iz globalnega klimatskega modela. Predmet naših aktualnih raziskav znotraj Centra odličnosti VESOLJE-SI je kvantifikacija vpliva stranskih robnih pogojev na rezultate na omejenom območju in uporaba satelitskih meritev za verifikacijo rezultatov regionalnega klimatskega modela nad Slovenijo. Nedoločenosti rezultatov regionalnega klimatskega modela želimo predstaviti v kontekstu ostalih nedoločenosti oz. naravne variabilnosti.