Analiza informacji Meteorologicznych
Wykład 8
Krzysztof Markowicz
Instytut Geofizyki UW
Re-analiza
• Re-analiza meteorologiczna (reintegracja) to powtórne przeanalizowanie długich szeregów czasowych pomiarów meteorologicznych (np. temperatury) w skali globu lub w skali regionalnej. Ma na celu odrzucenie błędnych wyników pomiarowych i integrację danych pomiarowych z różnych obserwacji.
• Re-analiza meteorologiczna umożliwia badanie zmienności klimatu na podstawie pomiarów w których zminimalizowano efekty związane np. ze zmianą technik pomiarowych.
• Około 1996 w USA Eugenia Kalnay, M. Kanamitsu, i inni udostępnili dane z pierwszej, 40-letniej reintegracji znanej jako "NCEP/NCAR reanlysis".
• W 2006 w USA Fedor Mesinger i ko-autorzy opublikowali
pierwszą długoletnią (1979-2003) regionalną re-analizę
• Re-analiza meteorologiczna pozwala na ujednolicenie pomiarów za pomocą technik asymilacji danych i
przeprowadzenie dokładnej analizy jakościowej. Dzięki re-
analizie mamy dostęp do ponad 60 lat szczegółowych danych o atmosferze i powierzchni Ziemi.
• Europejska re-analiza została opracowana przez Europejskie Centrum Prognoz Średnioterminowych ECMWF; projekt ERA- 15 od grudnia 1978 do lutego 1994 oraz projekt ERA-40 od 1957 roku.
• Główną ideą re-analizy jest użycie stałego modelu asymilacji danych (analisys forecast system) do obserwacji
historycznych.
• Ten sam model będzie używany również do wykonywania asymilacji danych w przyszłości.
• Jest to szalenie istotne w kontekście zmian klimatu i analizie anomalii klimatycznych. Stały model asymilacji danych
pochodzących z długich okresów czasowych pozwala
wykonywać takie analizy.
Wykres pokazuje skok analizowanej
temperatury wirtualnej na wysokości 1000
• Reanaliza NCEP-NCAR
http://www.cdc.noaa.gov/cdc/reanalysis/reanalysis.
shtml
• Reanaliza NCEP-NCAR zawiera trzy główne moduły:
(1) Dekodowanie oraz korekcja danych (2) Asymilacja danych
(3) Moduł archiwalny (bazy danych)
The NCEP/NCAR 40-Year Reanalysis Pro ject
Bulletin of the American Meteorological Society
Article: pp. 437–471 Volume 77, Issue 3 (March 1996)
Główny moduł asymilacji danych
• Model T62 (rozdzielczość horyzontalna 210 km, 28 poziomów pionowych)
• Moduł statystycznej interpolacji (3D-Var)
• Złożony moduł kontroli jakości danych radio sondażowych oparty na optymalnej interpolacji oraz zaawansowanej
korekcji temperatury i powierzchni izobarycznych.
• Moduł optymalnego uśredniania przestrzennego zmiennych
• Moduł optymalnej interpolacji SST
• 4D moduł asymilacji danych oceanicznych.
Typy danych wykorzystanych w re-analizie
• Globalne dane radio sondażowe
• Oceaniczne dane powierzchniowe COADS
• Dane samolotowe (od 1962 roku) NCEP GTS
• Powierzchniowe dane synoptyczne (co 3 godziny)
• Satelitarne dane (TOVS, HIRS, VTPR, SIRS)
• Satelitarne dane o prędkości wiatru przy powierzchni ziemi (SSM/I – Radiometr mikrofalowy)
• Satelitarne dane o prędkości chmur (satelity
geostacjonarne)
Output z Re-analizy
• Główne dane synoptyczne:
analiza oraz pole
pierwszego przybliżenia dla 00, 06, 12, 18 UTC na siatce 2.5ox2.5o szerokości i
długości geograficznej.
Strumienie są na siatce Gaussowskiej (192x94 punkty na całej Ziemi)
Grupy zmiennych re-analizy
• A – zmienna silnie zależna od wartości obserwacyjnej
• B – zmienna pomimo, że była mierzona jest pod
„silnym wpływem” modelu np. wilgotność, temperatura powierzchni ziemi)
• C – zmienna nie jest bezpośrednio mierzona. Jej wartość obliczana jest przez model
• D – zmienna klimatologiczna.
Przykładowe wyniki re-analizy
Roczny budżet hydrologiczny
Re-analiza na serwerze CDC
http://www.cdc.noaa.gov/cdc/reanalysis/reanalysis.shtml
• Format: NetCDF
• Dane co 6 godzin
• Średnie dobowe
• Średnie miesięczne
• Dostępne są również anomalie
• Reanalysis Description: NCEP/NCAR Reanalysis 1
• Temporal Coverage: 4-times daily, daily and monthly values for 1948/01/01 to present
• Long term monthly means, derived from data for years 1968 - 1996
• Spatial Coverage: Global Grids
• Levels: 17 Pressure level and 28 sigma levels. N/A
• Update Schedule: Daily, Monthly
• Data section
• Pressure level
• Surface
• Surface Fluxes
• Other Fluxes
• Tropopause
• Derived Data
Przykłady
Re-analiza MERRA-II
• Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications Version 2 (MERRA-2) https://gmao.gsfc.nasa.gov/reanalysis/MERRA-2/
• okres od 1980r.
• dane: pola meteorologiczne, aerozole
• Moduł meteorologiczny: Goddard Earth Observing System (GEOS)
• Moduł aerozolowy: GOCART (Goddard Chemistry Aerosol Radiation and Transport)
• Asymilacja danych:
- Satelitarnie mierzona radiancja jest asymilowana do modelu zamiast produktów teledetekcyjnych.
