Grant/Projek zakończony

Parametryzacja i opracowanie mezoskalowego numerycznego modelu pogody WRF wysokiej rozdzielczości z asymilacją danych meteorologicznych i GNSS

Identyfikator grantu: PT00596

Kierownik projektu: Mariusz Józef Figurski

Politechnika Gdańska

Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska

Gdańsk

Data otwarcia: 2017-04-25

Data zakończenia: 2023-06-01

Streszczenie projektu

Prognozy modeli numerycznych są obecnie dla synoptyków podstawowym źródłem informacji o przyszłym stanie atmosfery. Stają się coraz doskonalsze dzięki systematycznemu postępowi w dziedzinie parametryzacji fizyki zjawisk meteorologicznych oraz zwiększaniu mocy obliczeniowej przekładającej się na wzrost rozdzielczości przestrzennej modeli globalnych, regionalnych jak i mezoskalowych. W ramach projektu zostanie opracowany nowy rodzaj prognozowania pogody o wyższej rozdzielczości w dziedzinie czasu i przestrzeni dla polepszenia komfortu cieplnego życia ludzi w obszarach miejskich. Tradycyjna prognoza pogody, oparta jest typem prognozy wielkoskalowej, które dobrze rozróżniają układy wysokiego i niskiego ciśnienia oraz wynikające z tego parametry meteorologiczne. Pomimo, że dokładne przewidzenie zmian pogodowych nie jest obecnie możliwe to jednak z każdym rokiem wzrasta ich wiarygodność. Jednak bardzo ona zależy od czasu prognozy. Prognozy krótkoterminowe (np. tygodniowe) są powszechnie wykorzystywane w różnych dziedzinach gospodarki, ale również przeciętnego obywatela np. do planowania czasu wolnego na świeżym powietrzu. Niemniej jednak prognozy nie są dokładne, dają z reguły jedną temperaturę dla regionu lub województwa. Rzeczywista temperatura może być zupełnie inna od prognoz, nawet tych oficjalnie nazywanymi "najdokładniejszymi", w zależności od tego czy jesteśmy w mieście, lesie, na wsi, czy w pobliżu akwenu wodnego. Prognoza pogody, którą można uzyskać obecnie za pomocą numerycznych modeli pogody, cechuje największa zgodność z pomiarami in situ w obszarach wiejskich z dala od obszarów miejskich, gdzie żyje większość ludzi. Przykładowo wprowadzenie kilka lat temu do użytkowania radaru meteorologicznego zrewolucjonizowało precyzję określenia obszarów występowania opadów, a szeroki dostęp do informacji o wynikach pomiarów każdemu obywatelowi pozawala odpowiedzieć na pytanie, gdzie i kiedy będzie padał lub pada deszcz. Projekt będzie się starał przenieść podobną dokładność prognozy temperatury, uwzględniając lokalne informacje geograficzno-fizyczne aglomeracji miejskich. Obecnie pogoda dla miast prognozowana jest z istnieją tylko stacje synoptyczne wykonujące pomiary in situ miedzy innymi temperatury, ale trudno w tym przypadku mówić o prognozowaniu.
Celem projektu będzie opracowanie prognozy pogody dla województwa pomorskiego o rozdzielczości przestrzennej na poziomie 1km i 500m z wykorzystaniem wysokorozdzielczych modeli geograficznych. Tak gęsta siatka nie jest obecnie stosowane przez żaden serwis pogodowy w Polsce. Najpopularniejszy serwisy dostępne dla mieszkańców naszego kraju oferują modele o rozdzielczości 4km (UM), 13km (COAMPS) tylko w wersji testowej dostępny jest prognoza 1.5 km dla obszaru Polski, ale nie wykorzystują one wysokorozdzielczych modeli geograficznych. Uzyskanie parametrów pogodowych co 1 km pozwoli na dokładne odzwierciedlenie warunków pogodowych panujących w regionie, szczególnie różnic występujących między terenami zurbanizowanymi oraz zielonymi. Osobno podejście zostanie zastosowane dla aglomeracji trójmiejskiej, gdzie zostanie zastosowana siatka >1km. Dzięki takiemu rozwiązaniu możliwe będzie określenie obszarów o zmienionych właściwościach termicznych, radiacyjnych oraz wilgotnościowych, które przekładają się bezpośrednio na zjawisko miejskiej wyspy ciepła. Z rozdzielczością przestrzenną związana jest odpowiednia parametryzacja fizyczna, która będzie badana i walidowana z pomiarami metrologicznymi teledetekcyjnymi i in situ . Model WRF (Weather Rsearch & Forecasting) w wersji 3.9 umożliwia stosowanie różnych parametryzacji zjawisk fizycznych. Uwzględniana jest turbulencja przyziemnej warstwy atmosfery, zjawiska konwekcji atmosferycznej, radiacji atmosferycznej i powierzchniowej (promieniowanie krótko i długofalowe), fizyka planetarnej warstwy granicznej, itp. W przypadku rozważanego obszaru miejskiego istotą jest tzw. parametryzacja fizyki miejskiej. Jednym z zadań badawczych będzie wykonanie testów (symulacji) potwierdzających poprawność przyjętych parametryzacji fizycznych w tym parametryzacji miejskiej modelu. Osobnym zdaniem badawczym będzie uwzględnienie w procesie modelowania stanu atmosfery dostępnych danych pomiarowych w sensie ich asymilacji (moduł WRFDA - asymilacja danych pomiarowych z opcją transportu zanieczyszczeń gazowych) np. dane synoptyczne i GNSS.

Publikacje

  1. Grzegorz Nykiel, Pawel Wolak, Mariusz Figurski, Atmospheric opacity estimation based on IWV derived from GNSS observations for VLBI applications, GPS Solutions 22(1), (2018) 1-11
  2. Grzegorz Nykiel, Yevgen M. Zanimonskiy, Yuri M. Yampolski, Mariusz Figurski, Efficient Usage of Dense GNSS Networks in Central Europe for the Visualization and Investigation of Ionospheric TEC Variations, Sensors 10, (2017) 1-14
  3. Grzegorz Nykiel, Figurski Mariusz, Zofia Bałdysz, Analyses of the water vapor weighted mean temperature for Central Europe derived from mesoscale numerical weather model WRF, IAG Workshop: Satellite Geodesy for Climate Studies 1, (2017) 1-23
  4. Figurski Mariusz, Grzegorz Nykiel, Comparative analysis of the WRF weather forecasting performance on the Tryton HPC cluster, Infobazy 1, (2017) 1-43
  5. Mariusz Figurski, Grzegorz Nykiel, Investigation of the Impact of ITRF2014/IGS14 on the Positions of the Reference Stations in EuropeInvestigation of the Impact of ITRF2014/IGS14 on the Positions of the Reference Stations in Europe, Acta Geodynamica et Geomaterialia 14(43(188)), (2017) 401-410
  6. Figurski Mariusz, Model HRWRF i portal METEOPG, Prezentacja dla Zarządu Kopalnii Węgla Brunatnego "Bełchatów" 1, (2017) 1-34
  7. G. Nykiel, P. Wolak, M. Figurski, Atmospheric opacity estimation based on IWV derived from GNSS observations for VLBI applications, GPS Solutions 22(1), (2018) 1-11
  8. Z. Baldysz, G. Nykiel, M. Figurski, A. Araszkiewicz, Assessment of the Impact of GNSS Processing Strategies on the Long-Term Parameters of 20 Years IWV Time Series, Remote Sensing 10(4), (2018) 1-25
  9. Y.M.Zanimonskiy, O.V.Dudnik, G.Nykiel, M.Figurski, Investigation of magnetospheric effects of geomagnetic storm using data from European GNSS network and low-orbit satellites, Yevgen M. Zanimonskiy, O.V. Dudnik, Grzegorz Nykiel, Figurski Mariusz 6, (2018) 1-31
  10. Z. Baldysz, G. Nykiel, M. Figurski, A. Araszkiewicz, Comparison of GNSS IWV processing strategies from the point of view of climate monitoring, EUREF2018 Symposium 24, (2018) 1-35
  11. M. Figurski, G. Nykiel, J. Orlikowski, J. Proficz, METEOPG - rola open science, open source i open data w nowoczesnej meteorologii, Pomorska Konferencja OPEN SCIENCE kierunek - otwarta nauka 08, (2018) 1-29
  12. J. Zurutuza, A. Caporali, M. Bertocco, M. Ishchenko, O. Khoda, H. Steffen, M. Figurski, E. Parseliunas, S. Berk, G. Nykiel, The Central European GNSS Research Network (CEGRN) dataset, Data in Brief 1, (2019) 1-15
  13. G. Nykiel, M. Figurski, Z. Baldysz, Analysis of GNSS sensed precipitable water vapour and tropospheric gradients during the derecho event in Poland of 11th August 2017, JOURNAL OF ATMOSPHERIC AND SOLAR-TERRESTRIAL PHYSICS 193, (2019) 1-14
  14. G. Nykiel, Y. Zanimonskiy, A. Koloskov, M. Figurski, The possibility of estimating the height of the ionospheric inhomogeneities based on TEC variations maps obtained from dense GPS network, ADVANCES IN SPACE RESEARCH 64, (2019) 2002-2011
  15. G. Nykiel, Y.M. Zanimonskiy, M. Figurski, Visualization and characterization of the regional and continental TEC inhomogeneities based on the dense networks of GNSS receivers, Beacon Satellite Symposium 1, (2019) 1-26
  16. Joaquin Zurutuza, Alessandro Caporali, Mauro Bertocco, Marina Ishchenko, Oleg Khoda, Matthias Becker, Guenter Stangl, Philipp Mitterschiffthaler, Ambrus Kenyeres, Martin Lidberg, Holger Steffen, Elmar Brockmann, Lubomira Gerhatova, Marcel Mojzes, Juraj Papco, Medzida Mulic, Yuriy Stopkhay, Constantin Nagorneac, Alexandru Mihailov, Sasa Lazic, Zoran Veljkovic, Bojan Stopar, Mariusz Figurski, Tomasz Liwosz, Araszkiewicz Andrzej, Branislav Droscak, Artur Malczewski, Eimuntas Parseliunas, Jan Reznicek, Jaroslav Nagl, Jan Kaplon, Szymon Wajda, Sandi Berk, Klemen Medved, Saso Dimeski, Gyula Grenerczy, Marijan Marjanovic, Jaroslav Simek, Priit Pihlak, Srechko Tasevski, Niko Fabiani, Georgi Milev, Keranka Vassileva, Tiberiu Rus, Oleg Odalovic, Damir Medak, Francesco Vespe, Dominik Pietka, Korneliy Tretyak, Nikolay Ternovoy, Alexander Gorb, Sergiy Yaremenko, Sergey Flerko, Grzegorz Nykiel, Present Day Geokinematics of Central Europe Part 1: the Central European GNSS Research Network (CEGRN), EUREF 2019, 22.05-24.05 2019,Tallinn, Estonia 1, (2019) 1-30
  17. Zurutuza J., Caporali A., Bertocco M., Ishchenko M., Khoda O., Steffen H., Figurski M., Parseliunas E., Berk S., Nykiel G, The Central European GNSS Research Network (CEGRN) dataset, Data in Brief 10, (2019) 12
  18. Bochenek Bogdan, Figurski Mariusz, Jaczewski Adam, Wdowikowski Marcin, Strzyżewski Tomasz, Jakub Jurasz, Wind energy production in Poland: AI based climatological analysis, Climate forecasting for energy - S2S4E and OpenMod joint workshop 1, (2020) 1
  19. Jurasz Jakub, Wdowikowski Marcin, Figurski Marcin, Simulating Power Generation from Photovoltaics in the Polish Power System Based on Ground Meteorological Measurements-First Tests Based on Transmission System Operator Data, Energies 13, (2020) 1-20
  20. Baldysz, Z.; Nykiel, G.; Latos, B.; Baranowski, D.B.; Figurski, M, Interannual Variability of the GNSS Precipitable Water Vapor in the Global Tropics, Atmosphere 12, (2021) 1-24
  21. Mandal Alan, Nykiel Grzegorz, Strzyzewski Tomasz, Kochanski Adam, Wrońska Weronika, Gruszczynska Marta, Figurski Mariusz , High-resolution fire danger forecast for Poland based on the Weather Research and Forecasting Model, International Journal of Wildland 12, (2021) 1-20
  22. Figurski MJ, Nykiel G, Jaczewski A, Baldysz Z, Wdowikowski M, The impact of initial and boundary conditions on severe weather event simulations using a high-resolution WRF model. Case study of the derecho event in Poland on 11 August 2017, Meteorology Hydrology and Water Management 1, (2021) 1-24


← Powrót do spisu projektów

CONTACT

Our consultants help future and novice users of specialized software installed on High Performance Computers (KDM) at the TASK IT Center.

Contact for High Performance Computers, software / licenses, computing grants, reports:

kdm@task.gda.pl

Administrators reply to e-mails on working days between 8:00 am – 3:00 pm.