Radarová meteorologie - nowcasting Petr Novák Český Hydrometeorologický ústav, oddělení radarových měření Nowcasting v ČHMÚ ● optimalizace radarového snímání ● zrychlení dostupnosti radarových dat ● extrapolační metody pro předpověď radarového echa ● distribuce a vizualizace dat koncovým uživatelům Prokládané snímání Objemové měření od 2009 Zpracování a distribuce radarových dat Ø rychlý přenos dat a optimalizace zpracovatelských programů a skriptů (minimalizace časovýc prostojů při zpracování, zrychlení zpracovatelských algoritmů) výrazně zvýšila čerstvost dat pro koncové uživatele. Ø radarová data jsou dostupná pro uživatele v první minutě po konci objemového měření (ve starém zpracování byla data dostupná v páté minutě) Ødalší „zrychlení“ dosaženo měřením od horních méně důležitých elevací ke spodním – od 2007 Zpracování radarových dat Ø 1 km horizontální rozlišení – nový operativní standard Quantitative Precipitation Forecats Ø COTREC motion field applied to the last available PseudoCAPPI 2km composite image Ø Prediction up to 3h with 5-minute step Ø Extrapolated radar images converted into rainrate fields using standard Z-R relation Ø Integration for 0-1h, 2-3h and 2-3h motion Ø Calculation of mean precipitation over predefined catchments Ø COTREC-based QPF can be for first 3 hour better than QPF from NWP model Ø Since spring 2007 used as an operational input into hydrological model Hydrog Quantitative Precipitation Forecats Porovnání 1h předpovědí srážek metodou COTREC s předpověďmi NWP modelu ALADIN QPF – Statistical evaluation QPF – Statistical evaluation QPF – Statistical evaluation Hydrological ensemble forecast based on different QPFs QPF – statistical-advection model Testování kvantitativního využití metody COTREC v hydrolog. modelu Hydrog Testování kvantitativního využití metody COTREC v hydrolog. modelu Hydrog Porovnání 1h předpovědí srážek metodou COTREC s předpověďmi NWP modelu ALADIN Porovnání 1h předpovědí srážek metodou COTREC s předpověďmi NWP modelu ALADIN Porovnání 1h předpovědí srážek metodou COTREC s předpověďmi NWP modelu ALADIN Porovnání 1h předpovědí srážek metodou COTREC s předpověďmi NWP modelu ALADIN a persistencí Problémy plošné extrapolace Ø hlazení pohybového pole a využití zpětných trajektorií může způsobit selhání extrapolace pokud se nějaká konvektivní bouře pohybuje výrazně odlišným směrem než okolní buňky Ø typický případ – supercely Ø relativně řídký výskyt Ø nicméně nebezpečné projevy počasí Ø jeden z důvodů vývoje metody CELLTRACK CELLTRACK - identifikace buněk Ø Rozdíl mezi „reálnou“ konvektivní buňkou (oblasti uspořádaných vzestupných (sestupných) pohybů vzduchu) a buňkou definovanou v nowcastingových metodách (tedy oblasti jisté vysoké odrazivosti) Ø Různé metody využívají různá pravidla pro identifikace jader odrazivosti CELLTRACK - identifikace buněk Ø Ve finání verzi používán jednoduchý práh odrazivosti o hodnotě 44 dBZ Ø zkoušen též práh 36, 40, 44, 48 dBZ Ø 44dBZ se jeví jako vhodný kompromis mezi identifikací i slabších buněk a neidentifikování více blízkých buněk jako jednoho jádra Ø Testován i algoritmus s pohyblivým prahem odvozeným z metody TRACE3D Ø lokální maximum odrazivosti – 10 dBZ Ø Zvýšil se počet identifikovaných buněk (ze 4124 na 4406 => 93,6%), ale horší výsledky při jejich sledování. Ø 3D identifikace – testováno ale s problematickými výsledky Ø hledání souvislosti mezi jádry nalezenými na CAPPI hladinách jdoucích po sobě Ø mnoho buněk nalezených pouze v jedné hladině Ø souvisí zřejmě s prokládaným objemovým snímáním radarů a způsobem výpočtu CAPPI hladin - interpolace CELLTRACK - sledování jader Ø Nejdříve se určují „shluky“ buňek, které spolu mohou souviset Ø První odhad pohybu jader v předchozím termínu se provádí pomocí metody COTREC Ø Pro každé takto posunuté jádro se hledají blízká skutečná jádra na následujícím snímku. Ø Poloměr prohledávané oblasti závisí na rychlosti proudění (nicméně závislost úspěšnosti sledování jader na tomto poloměru není příliš silná); Ø Prohledávání probíhá i „opačným“ směrem Ø V dalším kroku se zpracovávají buňky v jednotlivých shlucích Ø nejdříve se hledají nejpodobnější jádra (podobnost >0.85), která jsou dost blízko u sebe Ø pak se hledají nejbližší buňky a zkoumá se jejich podobnost Ø pokud je menší než 0,8 => štěpení, slučování CELLTRACK – extrapolace Ø Extrapolace polohy jádra se provádí vektorem určeným z předchozí a současné pozice jádra (hledá se podobnost jader na po sobě jdoucích snímcích - lokální COTREC) Ø Jednoduchá extrapolace (určená ze změny polohy těžiště jádra) není dostatečná zejména kvůli slučování a štěpení jader Ø Pokud jádro nemá předchůdce, je použit průměr pohybových vektorů jader s alespoň jedním předchůdcem. Ø Pokud neexistuje žádný předchůdce, předpověď se nekoná (typicky u prvního času se zachycením jádra). Ø Předpověď je počítána na 10 - 90 minut s krokem po 10 minutách CELLTRACK - úspěšnost sledování jader odrazivosti Porovnání algoritmu sledování jader odrazivosti na následných snímcích s manuálním sledováním – pokud se přiřazení od sebe liší, je přiřazení provedené algoritmem označeno za chybné. hits misses wrong assignments CSI 44 dBZ 1018 76 59 0,88 TRACE3D 1035 102 99 0,84 CELLTRACK - úspěšnost sledování jader odrazivosti Porovnání předpovědi CELLTRACK s metodou COTREC CSI pro práh 44 dBZ Příprava operativního využití Ø Experimentální zařazení metody CELLTRACK do vizualizačního software JSMeteoView Ø Technické provedení: obrázek s transparentním pozadím vytvořen v jazyce C a přidán jako další vrstva do obrázku pomocí DHTML a JavaScriptu Budoucí vývoj Ø Dokončení integrace do prohlížeče JSMeteoView Ø Statistika časového vývoje vlastností identifikovaných buněk Ø doba života Ø velikost jader Ø hodnota nejvyšší odrazivosti Ø výška oblasti nejvyšší odrazivosti Ø VIL, HAIL PROB, ECHO TOP Ø snaha zahrnout i data ze sítě detekce blesků CELDN, a družice MSG Ø Cíl -> uživatel by měl mít k dispozici přehledně předpovědí z metody CELLTRACK i COTREC (případně i aktuální a typický časový vývoj důležitých vlastností), které by mu měly pomoci při rozhodování Vizualizace dat Ø je třeba dodat data uživatelům co nejrychleji a umožnit jim přesnou geografickou lokalizaci detekovaných jevů Ø JSMeteoView – internetový prohlížeč radarových (a některých dalších) dat Ø vývoj započal v 2001 – stále pokračuje Ø univerzální zobrazení v moderních prohlížečích (Gecko-based browsers Mozilla/Netscape 6.x or Microsoft Internet Explorer 5.x/6.x) nezávislé na operačním systému (Windows, LINUX/UNIX, MAC OS) Ø možnost zobrazení a kombinace i dalších meteorologických dat (Meteosat MSG, data detekce blesků, předpovědi NWP LAM ALADIN, SYNOP data) Ø GIS funkce Ø základní nástroj pro zobrazování dat distančních pozorování v ČHMÚ a též u některých externích uživatelů