Sekundarni povzetek: |
Eden glavnih ciljev raziskav v meteorologiji je izboljšanje kvalitete napovedi vremena.
Numerično napovedovanje vremena (ang. Numerical Weather Prediction
- NWP) predstavlja problem začetnih pogojev. Za izboljšanje NWP so predvsem
potrebna kvalitetna opazovanja atmosfere, ki so osnova za pripravo začetnih pogojev
za napoved.
Trenutno glavna slabost globalnega opazovalnega sistema je pomankanje direktnih
opazovanj profilov vetra. Informacija o vetru je posebej pomembna v tropskih
predelih in tudi v zmernih zemljepisnih širinah za predstavitev procesov na majhnih
skalah. To luknjo v opazovanjih, bo delno zapolnil Aeolus, satelit Evropske
vesoljske agencije, ki predstavlja prvi sistem za merjenje vetra iz vesolja z Dopplerjevim
lidarjem. Aeolus je bil uspešno izstreljen 21.8.2018. Lidar na Aeolus meri
radialno komponento hitrosti gibanja delcev in molekul zraka, ki jo določa usmerjenost
žarka lidarja, med tlemi in višino približno 30 km. Glavni produkt sistema
je meritev hitrosti HLOS (ang. Horizontal Line-of-sight), ki predstavlja projekcijo
radialne komponente hitrosti na horizontalno ravnino, pri predpostavki, da je
vertikalna hitrost zanemarljiva. Dosedanje študije so pokazale, da bo uporaba opazovanj
Aeolus zanesljivo prispevala h izboljšanju napovedi vremena z globalnimi
modeli.
Disertacija se ukvarja z vplivom opazovanj sistema Aeolus v modelih na omejenem
območju (ang. limited area models - LAM), ki do sedaj ni raziskan. Glede
na velikost območja LAM, dolžino uporabne napovedi in število opazovanj HLOS,
ni jasno kakšen je pričakovan vpliv opazovanj Aeolus.
Tipična horizontalna ločljivost opazovanj Aeolus je 90 km, kar je značilno večja
razdalja kot je tipična ločljivost LAM, ki je nekaj km. Opazovanja Aeolus so
kljub temu lahko zelo pomembna, saj v splošnem opazovanj vetra ni veliko (npr.
nad oceani) in poleg tega, sistem Aeolus omogoča procesiranje opazovanj na višji
ločljivosti. V okviru disertacije je razvit nov sistem za napovedovanje vremena, ki
je osnovan na metodi ansambel Kalman filtra in je sklopljen z modelom ECMWF.
Sistem se je uporabil pri analizi vpliva opazovanj vetra tipa HLOS v primerjavi z
opazovanji celotnega vektorja horizontalnega vetra, oziroma njegovih dveh komponent.
Povezanost kovariance napak prvega približka z lastnostmi toka v atmosferi,
predstavlja pomemben faktor pri asimilaciji opazovanj HLOS. To je bilo prikazano
na primeru hladne fronte v Severnem Atlantiku, kjer se je izkazalo, da je lahko
asimilacija opazovanja HLOS, v nekaterih primerih bolj učinkovita kot asimilacija
opazovanja celotnega vektorja vetra. Povprečen vpliv opazovanj HLOS na pripravo
začetnih pogojev za LAM, je bil ovrednoten z vrsto eksperimentov OSSE (ang.
Observing System Simulation Experiments). Pri tem se je povprečni vpliv opazovanj
HLOS primerjal s povprečnim vplivom vektorja vetra, njegovih komponent in tudi
temperature. Rezultati so pokazali, da je vpliv HLOS, ki je nagnjen za 30◦severno
iz zonalne smeri, linearno porazdeljen med zonalno in meridionalno komponento
vetra. Vpliv multivariatnih lastnosti sistema pri asimilaciji HLOS je v povprečju
majhen. Kljub temu se je izkazalo, da opazovanja HLOS omogočajo pripravo bolj
kvalitetnih analiz v zonalnem vetru, kot v primeru kjer se asimilira le meridionalni
veter. Podobno, opazovanja HLOS omogočajo pripravo bolj kvalitetnih analiz v meridionalnem vetru, kot v primeru kjer se asimilira le zonalni veter.
V namen preučevanja vpliva povečane ločljivosti opazovanj Aeolus na njihove
lastnosti, se je pripravila vrsta eksperimentov občutljivosti. Eksperimenti so bili
narejeni z simulatorjem Aeolus, kjer so bila vhodna polja pripravljena s pomočjo
kompozicije globalne napovedi na visoki ločljivosti Evropskega centra za srednjeročno
napoved (ECMWF) in satelitskimi meritvami optičnih lasnosti atmosfere sistema
CALIPSO. Napaka opazovanj vetra, ocenjenega iz gibanja aerosolov in hidrometeorjev
(veter Mie), je relativno neodvisna od njihove horizontalne ločljivosti. Za
horizontalno ločljivost v intervalu 30-90 km je napaka opazovanj med 1 in 1.2 ms−1.
Ti rezulati napovedujejo, da je za pripravo začetnih polj za LAM največji vpliv
pričakovati iz opazovanj vetra Mie. |