Meteorológiai előrejelzések

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Meteorológiai előrejelzések"

Ödön Fehér
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Meteorológiai előrejelzéek Balogh Mikló Meteorológu BME Áramlátan Tanzék

2 Tartalom Az ember é a meteorológia Az előrejelzé története Dinamiku meteorológia Az előrejelzé elmélete Számzerű előrejelzéek Áramlátani alkalmazáok Meteorológiai előrejelzéek 2

3 Az időjárá é az ember Kölcönhatá a termézettel Kezdetekben pazív réztvevő Kéőbb a környezet tudato átalakítáa Napjainkban aktív beavatkozá Az előrejelzéek fontoága A jövő megtervezée A kataztrófák é károk megelőzée A termelé optimalizáláa Meteorológiai előrejelzéek 3

4 Empiriku előrejelzéek Népi megfigyeléek Állatok vielkedéének megfigyelée (alaconyan repülnek a feckék) Eemények közötti özefüggéek ( Vörö az ég alja, aligha zél nem lez ) Éghajlati tapaztalatok (Medárd nap, Katalin nap, Vénazonyok nyara) Egy öreg juház lokáli, háromnapo előrejelzéének nagy a beválái valózínűége Meteorológiai előrejelzéek 4

5 Az elméleti meteorológia Renezánz korban intrumentáli meteorológia Általáno cirkuláció: 1686 Edmund Halley a három óceán monzun é pazát zelei 1735 George Hadley egycellá cirkuláció Immanuel Kant Fizika é matematika: D'Alembert pontrendzerek mechanikája Leonhard Euler folytono közeg mozgáegyenletei Lagrange mozgáegyenlet rézeckékhez kötött koordinátarendzerben Meteorológiai előrejelzéek 5

6 Az elméleti meteorológia Termodinamika: John Dalton parciáli nyomá fogalma Loui Joeph Gay-Luac légkör zerkezetének vizgálata Nicola Leonhard Sadi Carnot Carnot körfolyamat Rudolf Juliu Emanuel Clauiu, Benoit Paul Emil Clapeyron Clauiu-Clapeyron egyenlet, a légkörben lejátzódó fáziátalakulái folyamatok vizgálatának alapözefüggée Dmitrij Ivanovic Mengyelejev univerzáli gázegyenlet Meteorológiai előrejelzéek 6

7 A zámzerű előrejelzéek 1904, Vilhelm Bjerkne előrejelzé elmélete 1910, Lewi Fry Richardon elő kíérlete 1948, Jule Charney zűrt egyenletei 1951, Neumann Jáno, Jule Charney, Ragnar Fjortoft barotróp örvényeégi modellje az ENIAC-on Meteorológiai előrejelzéek 7

8 Meteorológiai előrejelzéek 8

9 Az előrejelzéek elmélete Prognoztikai egyenletrendzer = hidro-termodinamikai egyenletrendzer adott koordinátarendzer zerinti, zelektív alakja Dizkretizálá = egyenletek értelmezée egy dizkrét rácon Adatazimiláció = kezdeti é peremfeltételek megadáa Inicializáció = nyomái é áramlái tér konziztenciájának biztoítáa Modellintegrálá = egyenletek numeriku megoldáa Utófeldolgozá = zámzerű eredmények kiértékelée Meteorológiai előrejelzéek 9

10 Nagyágrendi analízi Globáli kála (makro-a): L=10 7 m, D=10 4 m, T= Szinoptiku kála (makro-b): L = 10 6 m, D = 10 4 m, T = Mezo kála: L = m, D = 10 4 m, T = Mikro kála: L = m, D = m, T = Meteorológiai előrejelzéek 10

11 Meteorológiai előrejelzéek 11

12 Meteorológiai előrejelzéek 12

13 Közelítéek makro kálán Kvázi-hidroztatiku közelíté: L >> D é U >> W => dw/dt ~ 0 Kvázi-tacionáriu közelíté: Horizontáli erőegyenúly, azaz geoztrófiku, gradien ill. cikloztrófiku áramláok Adiabatiku közelíté Légtömegek határán ninc hőcere Gömbi közelíté A Föld egyzerűített geometriája Meteorológiai előrejelzéek 13

14 Közelítéek mezo kálán A konvektív folyamatokra alkalmazhatjuk: Mély konvekció (anelaztiku) közelíté: ρ = ρ, dρ dt ρ z ρ z ( z) ekkor = w w = ρdivv Sekély konvekció közelíté (D < H tropozféra ): ρ = ρ0, divv = Meteorológiai előrejelzéek 14

15 Közelítéek mikro kálán Mivel a nem-vizkózu közegekre felírt HTE nem haználható a planetári határrétegben, ezért: A HTE-t a turbulen átlagokra írjuk fel, ahol az átlagok: V T q = = = 1 1 V( x, V T 1 V c c 1 V c c c 1 T 1 T c T V c c c T V c c T V c T ( x, q( x, y, z, t) dxdydzdt y, z, t) dxdydzdt y, z, t) dxdydzdt Ahol V c a modell térbeli felbontóképeégének jellemző térfogata, T c pedig a modell időbeli felbontóképeégének intervalluma Meteorológiai előrejelzéek 15

16 A HTE lezáráa HTE-be az átlagok é az átlagok körüli eltéréek özegét helyetteítjük Átlagoljuk az egyenleteket Az átlagolt egyenletben zereplő Reynold fezültégeket az átlago mennyiégekkel fejezzük ki Feltezük, hogy a turbulen áramok a tulajdonág átlago gradienével arányoak, é az arányoági tényező a turbulen kicerélődéi együttható A turbolen áramokra vonatkozó prognoztikai egyenletekben 3-ad rendű korreláció tagok i fellépnek, ezeket parametrizáljuk Egy n-ed rendű egyenletben n+1-ed rendű momentumok lépnek fel (n-ed rendű lezárá: n+1 tag parametrizáláa) Meteorológiai előrejelzéek 16

17 Meteorológiai előrejelzéek 17 A turbulen áramok Momentum: Hő: Nedveég: Monin-Obukhov-féle haonlóági elmélet: 2 m u * ρ z u K ρ τ = = * * p H p T u k c ρ z Θ K c ρ Q = = * * q q u k ρ z q K ρ M = = ( ) mon mon L z T T g k u L = = ξ, * 2 2 *

18 Numeriku közelítéek Térbeli dizkretizáció: Horizontáli koordináták: gömbi koordináták, íkbeli leképezéek Vége differencia modellek (ráctípuok) Galjorkin módzerek, pektráli é vége elem módzerek (függvény rendzerek alkalmazáa) Vertikáli koordináták (felzínkövető, zigma, hibrid) Időbeli dizkretizáció explicit réz ( leap-frog ) implicit réz zemi-implicit éma zemi-lagrange advekció éma Meteorológiai előrejelzéek 18

19 Meteorológiai előrejelzéek 19 Koordináta rendzerek Szfériku koordinátarendzer: x F r w u tg r v u lw fv x p dt du = ϕ ρ 1 y F r w v tg r u u fu y p dt dv + = ϕ ρ 1 z F r v v r u u lu g z p dt dw = ρ = r w tg r v z w y v x u dt d 2 ϕ ρ ρ

20 Ráchálózat Meteorológiai előrejelzéek 20

21 Koordináta rendzerek Decarte-i koordinátarendzer: du dt dw dt 1 p = ρ x dv dt 1 p = ρ y 1 p = ρ z + lw fu fv 1 + ρ 1 + ρ g + lu + dρ = ρdivv dt F y 1 ρ F x F z Meteorológiai előrejelzéek 21

22 Meteorológiai előrejelzéek 22

23 A vertikáli koordinátázá Problémák a vertikáli koordinátákkal (r, z): 1. Az előrejelzéi tartomány kiterjedée függőlege irányban nem egyértelműen meghatározható, mivel ρ é p a z növekedéével cak azimptotikuan tart 0-hoz 2. A földfelzín domborzatának zintkülönbégei a légkör függőlege kiterjedéével özehaonlítva nem elhanyagolhatók Meteorológiai előrejelzéek 23

24 Meteorológiai előrejelzéek 24

25 Matematikai egyzerűítéek Dinamikai leírá explicit egzakt módon Fizikai paraméterezé: Ráctávolágnál kiebb kálájú folyamatok Túl bonyolult folyamatok Pl. ugárzá, konvekció, felhőfizika, planetári határréteg leíráa, turbulencia, diffúzió, gravitáció hullám ellenállá, talaj hidrológia, tb Meteorológiai előrejelzéek 25

26 Peremfeltételek Cél: A gravitáció hullámok vizaverődéének megakadályozáa Aló peremen: a tökélete körüláramlá feltétele a zélebeégre Felő peremen: pl. zivac réteg, vagy ugárzó felő határfeltétel Oldaló peremeken: Globáli modellek (változó felbontánál) Korláto tartományú modellek (relaxáció technika) Meteorológiai előrejelzéek 26

27 Az adatazimiláció Adatazimiláció = kezdeti feltételek megadáa A légkör állapotának ponto leíráa, figyelembe véve a lehető legtöbb méréi adatot, é megfigyelét, a korábbi modelleredményeket a légkörre vonatkozó törvényzerűégeket A térben zabálytalanul elhelyezkedő adatok rácra illeztée, interpoláláa (objektív analízi) Meteorológiai előrejelzéek 27

28 Meteorológiai előrejelzéek 28

29 Az adatazimiláció fontoága Verifikáció analízi 3D-VAR analízi + 3 nap OI analízi + 3 nap Meteorológiai előrejelzéek 29

30 Az enemble előrejelzéek Az kezdeti feltételek bizonytalanágára épül Perturbált kezdeti mezőkből zámított okaág Ezen okaág vizgálata tatiztikai információkat eredményez Egye eemények bekövetkezéi valózínűégére következtethetünk Hatalma zámítái kapacitát igényel Meteorológiai előrejelzéek 30

31 A Lothar nevű vihar december UTC-re vonatkozó 42 órá enemble (felzíni nyomá) előrejelzée Meteorológiai előrejelzéek 31

32 Meteorológiai előrejelzéek 32

33 Az előrejelzéek felhaználáa Meteorológiai előrejelzéek 33

34 Áramlátani alkalmazáok Ki zámú rácpont (~10 6 ) Korláto tartomány Decarte-i koordinátarendzer Turbulencia modellek alkalmazáa Maga numeriku költég Speciáli háló Meteorológiai előrejelzéek 34

35 Meteorológiai előrejelzéek 35

36 Meteorológiai előrejelzéek 36

37 Meteorológiai előrejelzéek 37

38 Meteorológiai előrejelzéek 38

39 Közönöm a figyelmet! Meteorológiai előrejelzéek 39

Hasonló dokumentumok

Meteorológiai előrejelzések

Meteorológiai előrejelzések Balogh Miklós Okleveles meteorológus BME Áramlástan Tanszék baloghm@ara.bme.hu Tartalom Történeti áttekintés A számszerű előrejelzések Áramlástani modellek Atmoszférikus alkalmazások