Lepsze rzucanie teraz może ujawnić, jaka pogoda ma uderzyć w promieniu 500 metrów

Dowództwo Mobilności Powietrznej

Prognozy pogody są imponująco dokładne, biorąc pod uwagę, jak zmienny i chaotyczny może być klimat Ziemi. Nie jest niczym niezwykłym uzyskanie 10-dniowych prognoz z rozsądnym poziomem dokładności.

Ale jest jeszcze wiele do zrobienia. Jednym z wyzwań dla meteorologów jest ulepszenie ich nowcastingu, zdolności prognozowania pogody w ciągu najbliższych sześciu godzin z rozdzielczością przestrzenną kilometra kwadratowego lub mniej.

Na obszarach, gdzie pogoda może się szybko zmieniać, jest to trudne. A stawka jest duża. Działalność rolnicza w coraz większym stopniu zależy od nowcastingu, od tego zależy również bezpieczeństwo wielu wydarzeń sportowych. Następnie istnieje ryzyko, że nagłe opady deszczu mogą doprowadzić do gwałtownych powodzi, co jest narastającym problemem na wielu obszarach z powodu zmian klimatycznych i urbanizacji. Ma to wpływ na infrastrukturę, taką jak gospodarka ściekowa, oraz na bezpieczeństwo, ponieważ tego rodzaju powodzie mogą zabijać.

Tak więc meteorolodzy bardzo chcieliby mieć lepszy sposób na wykonywanie swoich rzutów teraz.

Wchodzi Blandine Bianchi z EPFL w Lozannie w Szwajcarii i kilku kolegów, którzy opracowali metodę łączenia danych meteorologicznych z kilku źródeł w celu tworzenia nowcastów z większą dokładnością. Ich praca może zmienić użyteczność tego rodzaju prognozowania dla każdego, od rolników i ogrodników po służby ratownicze i inżynierów ścieków.

Bieżące prognozowanie jest ograniczone danymi oraz skalą ich gromadzenia i przetwarzania. Na przykład dane satelitarne mają rozdzielczość przestrzenną od 50 do 100 km i umożliwiają śledzenie i prognozowanie dużych komórek chmur w skali czasu od sześciu do dziewięciu godzin. Z kolei dane radarowe są aktualizowane co pięć minut z rozdzielczością przestrzenną około kilometra i prowadzą do prognoz w skali czasowej od jednej do trzech godzin. Innym źródłem danych są łącza mikrofalowe wykorzystywane przez firmy telekomunikacyjne, które są degradowane przez opady deszczu.

Najwyraźniej radar ma ogromny potencjał do rzucania na bieżąco i rzeczywiście meteorolodzy przeznaczyli znaczne środki na jego badanie. Najprostszym podejściem jest zrobienie zdjęcia aktualnego wzoru opadów wraz z jego prędkością i kierunkiem, a następnie przełożenie tego wzoru w przestrzeni.

Działa to w krótkich skalach czasowych i rozdzielczości około 4 km. Ale po około 40 minutach traci się jakakolwiek zdolność prognozowania, mówią Bianchi i spółka. A przy większej rozdzielczości około 1 km zdolność prognozowania spada do mniej niż 15 minut.

Jednym ze sposobów poprawy tych prognoz jest skorelowanie obrazów radarowych z pomiarami opadów na ziemi. Zapewnia to dodatkowy sposób ograniczania modelu pogodowego i ulepszania go. Jest to zasadniczo technika, którą rozwinęli Bianchi i spółka.

Ci ludzie połączyli dane zebrane w 2009 roku z 14 deszczomierzy, 14 łączy mikrofalowych i radarowych pomiarów deszczu z MeteoSwiss na obszarze 20x20 km wokół Zurychu w Szwajcarii. Następnie zespół wykorzystuje te dane z określonego okresu do prognozowania opadów deszczu w skali czasowej do 30 minut.

Ponieważ dane są historyczne, mogą porównać prognozę z rzeczywistymi opadami, aby określić jej dokładność.

Wyniki są obiecujące. Jednym z ważnych założeń prognozowanych pogody jest to, że atmosfera będzie się zmieniać w taki sam sposób, jak teraz. Nazywa się to wytrwałością Lagrange'a i często jest na miejscu.

Kiedy to założenie jest poprawne, Bianchi i spółka twierdzą, że ich nowcasty dają dokładne prognozy na ponad 20 minut w przyszłość w skali zaledwie 500 metrów. To imponujące. Miałoby to istotne implikacje dla zarządzania w czasie rzeczywistym spływem wody w miejskich systemach kanalizacyjnych oraz w działalności rolniczej.

Ale założenie o wytrwałości Lagrange'a nie zawsze jest prawdziwe. Czasami atmosfera ulega nieoczekiwanym zmianom – na przykład nagłe nagrzewanie, które powoduje komórki konwekcyjne. A kiedy tak się dzieje, trafność prognoz dramatycznie spada. W przypadku zdarzeń konwekcyjnych wydajność algorytmu nowcast spada gwałtownie po 15 minutach, ze względu na szybki rozwój i ruch komórek deszczowych, powiedzmy Bianchi i spółka.

Nakłada to więc pewne ważne ograniczenia na to, co ten rodzaj nowcastingu może zrobić. Niemniej jednak, nawet umiejętność scharakteryzowania niepewności nowcastu jest ważnym osiągnięciem, mówią Bianchi i spółka.

Jest wyraźnie więcej do zrobienia. Ale w niektórych obszarach dokładne rzuty w skali setek metrów są celem, który meteorolodzy wyraźnie mają na celu.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1810.11811 : Opady deszczu Nowcasting przez połączenie radarów, łączy mikrofalowych i wskaźników deszczu

ukryć