Metody Przetwarzania

Danych

Meteorologicznych

Wykład 8

Krzysztof Markowicz

Instytut Geofizyki UW

[e-mail]

2

Reanaliza

• Reanaliza 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.

• Reanaliza meteorologiczna umożliwia badanie zmian

klimatu na podstawie pomiarów, a nie badanie zmian

wynikających z innych czynników takich jak zmiany

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 reanalize danych (Northern American

Regional Reanalysis, w skrócie NARR) o dużej

rozdzielczości, przydatną do analizy cyklu

hydrologiczngo, cyklu dobowego, i zjawisk pogodowych.

3

• Reanaliza meteorologiczna pozwala na ujednolicenie

pomiarów za pomocą technik asymilacji danych i

przeprowadzenie dokładnej analizy jakościowej. Dzięki

reanalizie mamy dostęp do ponad 50 lat szczegółowych

danych o atmosferze i powierzchni ziemi.

• Europejska reanaliza 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 reanalizy 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.

• Dodatkowo reanaliza zapewnia, że mamy jeden model

łączący ocean z atmosferą (

coupled model

) który

określa strumienie pomiędzy atmosfera a oceanem.

4

Wykres pokazuje skok analizowanej
temperatury wirtualnej na wysokości
1000 hPa na obszarze tropikalnego
Pacyfiku. Duża zmiana ma miejsce w
czasie zmiany modelu (linia ciągła).
Przerywaną linia zaznaczone są
wartość z reanalizy.

5

•

Reanaliza NCEP-NCAR

http://www.cdc.noaa.gov/cdc/reanalysis/rean
alysis.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

Project

Bulletin of the American Meteorological Society

Article: pp. 437–471 Volume 77, Issue 3 (March

1996)

6

7

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.

8

Typy danych wykorzystanych w

reanalizie

• 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)

9

Output z

Reanalizy

• Główne dane

synoptyczne: analiza
oraz pole pierwszego
przybliżenia dla 00, 06,
12, 18 UTC na siatce
2.5

o

x2.5

o

szerokości i

długości geograficznej.
Strumienie są na siatce
Gaussowskiej (192x94
punkty na całej ziemi)

10

11

Przykładowe wyniki reanalizy

12

Roczny budżet hydrologiczny

Dla całego okresu czasu parowanie
przewyższa opady o 0.04 mm na dzień.

13

Grupy zmiennych reanalizy

• 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.

14

15

16

Reanaliza 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

17

• 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
• Spectral Coefficients

18

Przykłady