Meteorológiai előrejelzések

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Meteorológiai előrejelzések"

Zsanett Kis
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Meteorológiai előrejelzések Balogh Miklós Okleveles meteorológus BME Áramlástan Tanszék

2 Tartalom Történeti áttekintés A számszerű előrejelzések Áramlástani modellek Atmoszférikus alkalmazások Meteorológiai előrejelzések 2/32

3 Az időjárás és az ember Kölcsönhatás a természettel Kezdetekben passzív résztvev Később a környezet tudatos átalakítása Napjainkban aktív beavatkozás Az elrejelzések fontossága A jöv megtervezése A katasztrófák és károk megelzése A termelés optimalizálása Meteorológiai előrejelzések 3/32

4 Empíria Népi megfigyelések Állatok viselkedésének megfigyelése (alacsonyan repülnek a fecskék) Események közötti összefüggések ( Vörös az ég alja, aligha szél nem lesz ) Éghajlati tapasztalatok (Medárd nap, Katalin nap, Vénasszonyok nyara) Egy öreg juhász lokális, 1-2 napos elrejelzésének nagy a beválási valószínsége Meteorológiai előrejelzések 4/32

5 Az elméleti meteorológia Reneszánsz korban instrumentális meteorológia Általános cirkuláció: 1686 Edmund Halley a három óceán monszun és passzát szelei 1735 George Hadley egycellás cirkuláció Immanuel Kant Fizika és matematika: D'Alembert pontrendszerek mechanikája Leonhard Euler folytonos közeg mozgásegyenletei Lagrange mozgásegyenlet részecskékhez kötött koordinátarendszerben Meteorológiai előrejelzések 5/32

6 Az elméleti meteorológia Termodinamika: John Dalton parciális nyomás fogalma Louis Joseph Gay-Lussac légkör szerkezetének vizsgálata Nicolas Leonhard Sadi Carnot Carnot körfolyamat Rudolf Julius Emanuel Clausius, Benoit Paul Emil Clapeyron Clausius-Clapeyron egyenlet, a légkörben lejátszódó fázisátalakulási folyamatok vizsgálatának alapösszefüggése Dmitrij Ivanovics Mengyelejev univerzális gázegyenlet Meteorológiai előrejelzések 6/32

7 A számszerű előrejelzések 1904, Vilhelm Bjerknes előrejelzés elmélete 1910, Lewis Fry Richardson első kísérlete 1948, Jule Charney szűrt egyenletei 1951, Neumann János, Jule Charney, Ragnar Fjortoft barotróp örvényességi modellje az ENIAC-on Meteorológiai előrejelzések 7/32

8 Meteorológiai előrejelzések 8/32

9 Az előrejelzések elmélete Prognosztikai egyenletrendszer = hidrotermodinamikai egyenletrendszer adott koordinátarendszer szerinti, szelektív alakja Diszkretizálás = egyenletek értelmezése egy diszkrét rendszerben (rácson, hálón) Adatasszimiláció = kezdeti és peremfeltételek megadása Initializáció = nyomási és áramlási mező szinkronizálása Modellintegrálás = egyenletek numerikus megoldása Utófeldolgozás = számszerű eredmények kiértékelése, megjeleníthető formába hozása Meteorológiai előrejelzések 9/32

10 Nagyságrendek Folyamatok hossz és időléptéke: Globális skála (makro-a): L=10 7 m, D=10 4 m, T= s Szinoptikus skála (makro-b): L = 10 6 m, D = 10 4 m, T = s Mezo skála: L = m, D = 10 4 m, T = s Mikro skála: L = m, D = m, T = s Meteorológiai előrejelzések 10/32

11 Közelítések makro skálán Hidrosztatikus közelítés: L >> D és U >> W => dw/dt ~ 0 Kvázi-stacionárius közelítés: Horizontális erőegyensúly feltételezése, egyensúlyi áramlások Adiabatikus közelítés Légtömegek határán nincs hőcsere Gömbi közelítés A Föld egyszerűsített geometriája Meteorológiai előrejelzések 11/32

12 Meteorológiai előrejelzések 12/32

13 Közelítések mezo skálán A konvektív folyamatokra alkalmazhatjuk: Mély konvekciós (anelasztikus) közelítés: A közeg vízszintes irányban összenyomhatatlan (sűrűség állandó), függőlegesen pedig a fölfelszíntől vett magasság függvénye dρ dt ρ z = ρdivv Sekély konvekciós közelítés (D < H troposzféra ): A közeg teljesen összenyomhatatlan Meteorológiai előrejelzések 13/32 = w ρ = ρ0 divv = 0

14 Meteorológiai előrejelzések 14/32

15 Közelítések mikro skálán Mivel a planetáris határrétegben az áramlás nem tekinthető laminárisnak A HTE-t a turbulens átlagokra írjuk fel HTE-be az átlagok és az átlagok körüli eltérések összegét helyettesítjük Átlagoljuk az egyenleteket Az átlagolt egyenletben szereplő ún. Reynolds feszültségeket az átlagos mennyiségekkel fejezzük ki Feltesszük, hogy a turbulens áramok a tulajdonság átlagos gradiensével arányosak, és az arányossági tényező a turbulens kicserélődési együttható A turbolens áramokra vonatkozó egyenletekben magasabb rendű tagok is megjelennek, ezeket parametrizáljuk (valamilyen tapasztalati modellel írjuk le) Meteorológiai előrejelzések 15/32

16 Numerikus közelítések Térbeli diszkretizáció: Horizontális koordináták: gömbi koordináták, síkbeli leképezések Véges differencia modellek (rácstípusok) Galerkin módszerek, spektrális és véges elem módszerek (függvény rendszerek alkalmazása) Vertikális koordináták (felszínkövet, szigma, hibrid) Időbeli diszkretizáció explicit rész ( leap-frog ) implicit rész szemi-implicit séma szemi-lagrange advekciós séma Meteorológiai előrejelzések 16/32

17 Matematikai egyszerűsítések Dinamikai leírás explicit egzakt módon Fizikai paraméterezés: Rácstávolságnál kisebb skálájú folyamatok (sub-grid skála) Túl bonyolult folyamatok, pl. sugárzás, konvekció, felhőfizika, planetáris határrétegben lejátszódó folyamatok, turbulencia, diffúzió, gravitációs hullám ellenállás, talaj hidrológia, stb Meteorológiai előrejelzések 17/32

18 Rácsok, hálók Meteorológiai előrejelzések 18/32

19 Descartes-i egyenletek du dt dv dt dw dt dρ dt 1 = ρ 1 = ρ 1 = ρ p dx p dy p dz = ρdivv + lw fv + F fu + g + F lu sy + F sz sx Meteorológiai előrejelzések 19/32

20 Szférikus egyenletek du dt dv dt dw dt 1 = ρ 1 = ρ 1 = ρ p dx p dy p dz + lw fu g dρ = ρ divv dt fv + + v r uu r lu + uv r tan ϕ uu r tan ϕ + tan ϕ + F + 2w r vw r vv r + + F sz sx F sy Meteorológiai előrejelzések 20/32

21 Az adatasszimiláció Adatasszimiláció = kezdeti feltételek megadása A légkör állapotának pontos leírása, figyelembe véve a lehető legtöbb mérési adatot, és megfigyelést, a korábbi modelleredményeket a légkörre vonatkozó törvényszerűségeket A térben szabálytalanul elhelyezkedő adatok rácsra illesztése, interpolálása (objektív analízis) Meteorológiai előrejelzések 21/32

22 Meteorológiai előrejelzések 22/32

23 Az adatasszimiláció fontossága Verifikációs analízis 3D-VAR analízis + 3 nap OI analízis + 3 nap Meteorológiai előrejelzések 23/32

24 Meteorológiai előrejelzések 24/32

25 Az előrejelzések alkalmazása Meteorológiai előrejelzések 25/32

26 Áramlástani modellek Kis számú rácspont (~ ) Korlátos tartomány Descartes-i koordinátarendszer Turbulencia modellek alkalmazásának lehetősége (LES, URANS, RANS) Speciális, flexibilis hálók Meteorológiai előrejelzések 26/32

27 Áramlástani modellek Meteorológiai előrejelzések 27/32

28 Áramlástani modellek Meteorológiai előrejelzések 28/32

29 Áramlástani modellek Meteorológiai előrejelzések 29/32

30 Alkalmazások Meteorológiai előrejelzések 30/32

31 Alkalmazások Meteorológiai előrejelzések 31/32

32 Alkalmazások Meteorológiai előrejelzések 32/32

33 Alkalmazások Meteorológiai előrejelzések 33/32

34 Alkalmazások Meteorológiai előrejelzések 34/32

35 Alkalmazások Meteorológiai előrejelzések 35/32

36 Alkalmazások Meteorológiai előrejelzések 36/32

37 Alkalmazások Meteorológiai előrejelzések 37/32

38 Alkalmazások Meteorológiai előrejelzések 38/32

39 Köszönöm a figyelmet! Meteorológiai előrejelzések 39/32

Hasonló dokumentumok

Bevezetés az időjárás és az éghajlat numerikus (számszerű) előrejelzésébe

Bevezetés az időjárás és az éghajlat numerikus (számszerű) előrejelzésébe Szépszó Gabriella szepszo.g@met.hu Korábbi előadó: Horányi András Előadások anyaga: http://nimbus.elte.hu/~numelo Az előadás vázlata