2024/03/29 08:03

Parametryzacja konwekcji

Dyskusja na Twitterze przypomniała nam o problemach, jakie przysparza prognozowanie konwekcji, a konkretnie sum opadów z nią związanych. Poniżej przykład, jaką różnicę w prognozie może przynieść zmiana rodzaju parametryzacji konwekcji, a także siatki modelu z 12km na 5km na przykładzie naszego UEMS 15.99.8. W pierwszym przypadku rozpatrujemy pole opadów konwekcyjnych i temperaturę z 13 lipca 2016. Model inicjowany warunkami brzegowymi z reanalizy ERA-Interim.

Zacznijmy od rzeczy podstawowej. Co to jest domena? Otóż domena, jest to obszar w którym wyliczamy prognozę. Obszar obliczeń dla naszego modelu. Model WRF zwykle puszczamy jako model mezoskalowy, czyli „lokalny” (choć ma opcję globalną, ale uwierzcie, musicie mieć naprawdę dobry klaster obliczeniowy, żeby sensownie z tej opcji skorzystać). Krótko mówiąc – definiujemy sobie interesujący nas obszar, dla którego prognoza ta będzie liczona. A skąd model wie, jakie warunki tu panują? Tutaj wchodzi coś, co nazywamy „warunkami brzegowymi” – nasz model dostaje informacje na ten temat z modelu globalnego (CMC aka GEM, GFS, ECMWF). I niestety – o ile model WRF jest w stanie znacznie poprawić prognozę uzyskaną z modelu globalnego, to jest jednocześnie mocno nią ograniczony. Przykładowo w przypadku wichury z 5 października model ECMWF  dużo lepiej sobie radził z oceną położenia i siły układu niżowego, który przechodził nad Polską, niż model GFS. Niestety – dostęp do modelu ECMWF jest limitowany i płatny, stąd nasz model jest inicjowany warunkami brzegowymi z GFS.

Zwykle domeny w modelu WRF są zagnieżdżone. Działa to tak, że definiujemy sporą domenę na rzadkiej siatce, a w niej zagnieżdżamy domenę (lub domeny) o siatce gęstszej. W przypadku naszego UEMS 5km mamy tak naprawdę dwie domeny – w domenie głównej o siatce 15 km zagnieżdżona jest domena o siatce 5km obejmująca tylko obszar Polski. W przypadku domen o siatce > 10 km odległość między jej węzłami jest zbyt duża, by dynamiczny rdzeń modelu mógł uchwycić zjawiska konwekcyjne, które często mają mniejszą skalę przestrzenną. Stąd istnieje konieczność parametryzacji konwekcji (zresztą nie tylko jej), czyli – w skrócie – „policzenia” co z tą konwekcją będzie się działo wewnątrz takiego pojedynczego kwadracika reprezentującego „punkt” siatki.

Tutaj wkracza coś, co w modelu WRF nazywa się „Cumulus Scheme”. Opcji jest mnóstwo, a każda daje nieco inny wynik. Część z tych wyników jest zadziwiająca i należy mocno rozważyć korzystanie z opcji za nie odpowiedzialnych. Szczególnie, że część z nich jest ustawieniem domyślnym. Rozważmy bowiem oto taką prognozę opadu:

[xyz-ips snippet=”s2-ad”]

Tu model wylicza nam ponad 160 mm opadu nieco na północ od Wrocławia. Prawda, że imponujące? Oczywiście. Równie oczywiste jest, że przesadzone i nic takiego nie miało miejsca. Co więcej – tego wieczora więcej konwekcji było w województwie małopolskim, gdzie model widzi… 1 mm opadu. To jest poważny problem i widzieliśmy wiele prognoz rzucających sumami po 150, 200 i więcej milimetrów. Czyli opadami w gruncie rzeczy katastrofalnymi. Schemat użyty wyżej to „Multi Scale Kain-Fritsch Scheme”. Czy to oznacza, że jest on zły? Otóż nie: to, że otrzymujemy dzięki niemu dziwne wyniki na siatce 12km nie oznacza, że nie otrzymamy dobrych wyników na siatce gęstszej. Każdy rodzaj parametryzacji ma bowiem swoje przeznaczenie i charakter. KF może sprawdzać się lepiej na gęstszych siatkach, albo na przykład w Kansas.

Poniżej prognoza oparta o te same warunki brzegowe, ale z użyciem różnych parametryzacji konwekcji (uwaga na mapach domena jest opisana jako 5km, w rzeczywistości rozdzielczość wynosi 12km):

Najbardziej sensowny w świetle warunków rzeczywistych wydaje się tu obrazek drugi, czyli „Grell 3D ensemble scheme”. Zobaczmy więc, co się stanie jeśli model 12km zamienimy na 5km.

Temperatura:

Opad:

Jak widać zmiana rozdzielczości modelu potrafi spowodować daleko idące różnice w prognozie. Powyżej widzimy, że w prognozie o wysokiej rozdzielczości znika komórka burzowa, która w prognozie 12km pojawiała się nad Śląsku, zmienia się również rozkład sum opadu w nad województwem małopolskim.

[xyz-ips snippet=”s1s1z-ads”]

Grell 3D-Ensemble scheme wyliczyło znacznie niższe sumy opadu, niż KF – znika oczko opadu wyższego od 160 mm nieopodal Wrocławia. W rzeczywistości w przypadku Wrocławia prognoza ta również do udanych nie należała – tego dnia stacja meteorologiczna Wrocław-Strachowice odnotowała 3.6 mm opadu do 00UTC 14 lipca. W dalszym ciągu będziemy testować różne ustawienia.

Print Friendly, PDF & Email
0 0 votes
Article Rating
Subscribe
Powiadom o
3 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
Ojcon

Fajny byłby parametr taki jak jest na meteoprognoza.pl o nazwie „świeży śnieg”, jest możliwe dodanie czegoś takiego czy jest to zbyt obciążające ?

Tytus

Może mało wnosząc ale zastanowiło mnie pytanie: z czym łatwiej będzie sobie poradzić z konwekcją czy ze stratusami…
Temat artykułu niby nie na czasie ale dobry na te szare dni.

3
0
Would love your thoughts, please comment.x