twitter google+ facebook

Vejrmodeller

Mange af DMI's produkter og serviceydelser er i dag afhængige af vejrforudsigelsessystemer af høj kvalitet. Sådanne systemer er computerbaseret og kræver store computerressourcer, som leveres af DMI’s supercomputer.

DMI anvender to modelsystemer i sin operationelle produktion. Det første system hedder DMI-HIRLAM. HIRLAM står for High Resolution Limited Area System. Navnet siger, at modelkonceptet bygger på, at en model opererer på et begrænset område (`Limited Area´) og i høj opløsning, dvs er finmasket (`high resolution’). Det andet modelsystem DMI-HARMONIE, er specielt designet til detaljerede prognoser, som er meget finmaskede. De to prognosesystemer supplerer hinanden i den daglige produktion af vejrprognoser  ved DMI.  HARMONIE står for Hirlam Aladin Research –(towards) Mesoscale Operational NWP In Europe. Hirlam og Aladin er navnene på to grupper af samarbejdende meteorologiske institutioner i Europa omkring udvikling af fremtidens numeriske vejrmodeller (NWP-modeller). HARMONIE har derfor et bredt europæisk fundament.   

DMI-HIRLAM og DMI-HARMONIE har begge følgende komponenter  :  præprocessering (forbehandling af data), analyse, initialisering, prognose og postprocessering (efterbehandling af data).

Præprocesseringen

Præprocesseringen dekoder bl.a. de mange forskellige typer af kodede vejrobservationer, der fra hele jordkloden ankommer til DMI via det globale telekommunikationssystem (GTS). Desuden modtager DMI løbende en stor mængde satellitobservationer fra polære og geostationære satellitter. Disse data suppleres med lokale observationsdata fra Danmark, bl.a fra DMI’s landsdækkende radar-system. En automatisk kvalitetskontrol frasorterer fejlagtige observationer. Dekodningen og kvalitetskontrollen er særligt omfattende for radar-data samt satellitdata og nødvendig for at bringe observationerne på en sådan form, at de kan benyttes af modellens analysesystem. Observationerne ankommer med forskellig frekvens, der er afhængig af datatype og kan variere fra minutter til timer. I modellens analyse  kombineres observationer fra atmosfæren med vejrmodellens foreløbige prognose til den bedst mulige fastlæggelse af atmosfærens tilstand på et givet tidspunkt.

Analyse              

DMI foretager analyser af atmosfærens tilstand. Dette sker mindst hver 6. time. I de seneste år har det været muligt at analysere atmosfæren hyppigere, helt op til flere gange i timen som følge af flere typer af observationer fra atmosfæren, bl.a. fra vejrradar og som følge af mere regnekraft. Som et første gæt på atmosfærens tilstand til analysetidspunktet benyttes en vejrprognose gældende til dette tidspunkt. De hyppigere analyser med flere observationsdata åbner samtidigt op for hyppigere prognoser med højere nøjagtighed. 

Under analysen sammenlignes observationerne med de tilsvarende første gæt værdier. Observationer kan undertiden være behæftet med store fejl. For at undgå at sådanne fejlagtige observationer påvirker analysen forkastes observationer, der afviger for meget fra første gæt værdierne.

Den færdige analyse er således en korrigeret prognose, der i størst mulig omfang stemmer overens med både de (normalt mange) observationer, som systemet har accepteret, og første-gæt prognosen. Processen omtales som data-assimilering. Analysen er det bedste bud på atmosfærens tilstand til analysetidspunktet og er samtidig i princippet begyndelsestilstanden for vejrmodellen, der er ’krumtappen’ i hele vejrforudsigelsessystemet. Præcise vejrforudsigelser forudsætter således ikke blot en god vejrmodel, men tillige observationer af høj kvalitet med en tilstrækkelig tæthed i tid og rum.

Initialisering

I det nuværende analysesystem er der ingen garanti for, at de resulterende masse- og vindfelter er i fuldstændig balance. Det betyder, at der i begyndelsen af prognoseberegningerne kan optræde urealistiske bølgebevægelser (dvs. bølger af samme natur som ringe på en vandoverflade), som bl.a. viser sig ved betydelige kortperiodiske svingninger i lufttrykket ved jordoverfladen.  For at komme disse svingninger til livs underkastes analysen en såkaldt initialisering, der er en matematisk metode til at eliminere de uønskede bølger. Det er derfor den initialiserede analyse, som er begyndelsestilstanden i vejrmodellen.

Vejrmodel bygget på matematisk-fysisk grundlag

Beregningerne i vejrmodellen er i princippet numeriske løsninger af de matematisk-fysiske love udtrykt ved ligningerfor atmosfæren, dvs. ligninger for atmosfærens strømning, den termodynamiske energiligning og kontinuitetsligningen for atmosfæren. Disse ligninger er i rækkefølge matematiske formuleringer af bevarelseslovene for impuls, energi og masse. Tilstandsligningen for en ideel gas benyttes til at bestemme sammenhængen mellem luftens tryk, temperatur og massefylde.

En prognose består i princippet af et antal på hinanden følgende numeriske løsninger af atmosfæreligningerne. I beregningerne indgår et tidsskridt, hvis længde er tidsforskellen mellem gyldighedstidspunktet for en numerisk løsning og den næstfølgende.

Der foretages beregninger i hvert af modellens gitterpunkter. I løbet af en prognose skal atmosfærens tilstand derfor beregnes for hvert eneste gitterpunkt. Beregningerne omfatter udviklingen af atmosfærens strømning, dvs vinden, samt beregninger af fysiske processer i atmosfæren (f.eks. stråling, skydannelse, turbulens) og et stort antal beregninger af jordlagenes og jord/hav-overfladens tilstand. Alle disse beregninger er nødvendige for at forudsige hvorledes atmosfærens tilstand i gitterpunkterne ændrer sig i løbet af prognosen. Nogle af processerne, der medtages i beregninger foregår på mindre skalaer end modellens gitter.

Postprocesseringen

Postprocesseringen er en efterbehandling af de ’rå’ data i modellens beregningspunkter. Der beregnes nye data i hvert eneste tidsskridt, men på grund af begrænset lagerkapacitet gemmes normalt kun et udvalg af ’rå’ og postprocesserede data.

Under postprocesseringen bliver nogle data interpoleret til standard trykflader. Der beregnes også et mean sea level (m.s.l.) lufttryk, som i princippet er det lufttryk, man vil forvente ved havniveau, hvis man erstattede landmassen over havniveau med luft. Den grafiske præsentation i DMI’s Vejrtjeneste af vejrmodellens prognoseberegninger er baseret på de postprocesserede data.

For yderligere information kontakt:

Chefkonsulent Bent Hansen Sass, Forskning og udvikling gennem DMI's pressekontor på 39 15 75 09.

Redaktion Niels Hansen, nsh@dmi.dk