sablony_ppt_01 Radarové odhady srážek a jejich užití v meteorologii a hydrologii Milan Šálek Český hydrometeorologický ústav salek@chmi.cz www.chmi.cz hydro.chmi.cz P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 bird_radar_anim P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 Srážkoměry: •Výhody: přijatelná přesnost pro dané místo •Nevýhody: omezení pouze na danou lokalitu, jistá komplikovanost přenosu aktuálních dat. •Metody odhadu plošných srážek: Thiessenovy (Hortonovy) polygony, metoda izohyet, geostatistické metody P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 •Thiessenovy •polygony • •GIS GRASS obr02 P-Brno, 28.2. 2011 obr05 sablony_ppt_01 •Regularizovanýsplajn s tenzí (barva) vs. obyčejné krigování (izolinie) • •GIS GRASS P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 Kombinovaná informace radar-srážkoměr •Kombinace obou typů měření a odhadu srážek za předpokladu minimalizace chyb •Do roku 2009 byla v ČHMÚ v provozu procedura podle koncepce autora D.-J. Seo –Adjustace pomocí jednoho koeficientu pro celou radarovou doménu –Kombinace metodou Double optimum estimation P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 Kombinovaná informace radar-srážkoměr (pokr.) •Od roku 2009 je v ČHMÚ v provozu nový algoritmus kombinovaného odhadu srážek –Adjustace pomocí územně proměnlivého (zhlazeného) adjustačního koeficientu –Kombinace metodou regresního krigování • (příspěvek na Výročním semináři ve Křtinách) • P-Brno, 28.2. 2011 201005221800 P-Brno, 28.2. 2011 201005221800 P-Brno, 28.2. 2011 201005221800 P-Brno, 28.2. 2011 201005221800 P-Brno, 28.2. 2011 novojicinsko-radar_orig Orig. radar P-Brno, 28.2. 2011 novojicinsko-radar_adj Adj. radar P-Brno, 28.2. 2011 novojicinsko-merge Kombinace P-Brno, 28.2. 2011 kojcice P-Brno, 28.2. 2011 Chyby radarových odhadů při silné konvekci radar_convective P-Brno, 28.2. 2011 cb_kurim radar_beam12b radar P-Brno, 28.2. 2011 sloup-velky P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 Verifikace odhadů •Provedena pro denní srážky pro období 19.6.-23.7.2009 (silné srážky, převážně konvektivní) •Ve výpočtech využity pouze telemetrické srážkoměry •Pro verifikaci použity manuální srážkoměry (kritériem byla též rozdílnost lokality) •Spočtená střední absolutní chyba a systematická odchylka P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 Reprezentativnost stanic •Přijímán předpoklad reprezentativnosti srážkoměrné stanice pro územní element (pixel) 1 km2. •Možné, ale nepoužité řešení: Na každý pixel rozmístit 8 stanic podle optimálního schématu (Project HYREXn HESS, No 4, 2000) P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 Brdy_MAE P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 Brdy-bias P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 Skalky_MAE P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 Skalky-bias P-Brno, 28.2. 2011 br_MAE_merge2 Chyby denních odhadů srážek v doméně radaru Brdy. Červeně - stanice použité v operativních výpočtech, malými černými křížky verifikační srážkoměry P-Brno, 28.2. 2011 br-MAE-gage_minus_merge2 Rozdíl chyby srážkoměrných a kombinovaných odhadů v doméně radaru Brdy (ERR_SRA – ERR_KOMB) P-Brno, 28.2. 2011 Chyby denních odhadů srážek v doméně radaru Skalky. Červeně - stanice použité v operativních výpočtech, malými černými křížky verifikační srážkoměry SK-vyhodnoceni-merge-mae2 P-Brno, 28.2. 2011 Rozdíl chyby srážkoměrných a kombinovaných odhadů v doméně radaru Skalky (ERR_SRA – ERR_KOMB) SK-MAE-vyhodnoceni-gage_minus_merge2 P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 Verifikace na hodinových srážkoměrných úhrnech v městě Brně •Stanice Brněnských vodovodů a kanalizací (BVaK) •18 srážkoměrných stanic (bez operativního přenosu) + 2 stanice ČHMÚ (použité ve výpočtech) •Hustota stanic v městě Brně: 1 stanice na 8 km2 •Hustota srážkoměrů v ČR: –1 stanice na 70km2 –s přenosem: 1 stanice na 200-240 km2 P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 mapa_Brno_stanice2 P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 stanice_prenosovky_a_manualni_a_brno Srážkoměry s přenosem P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 Verifikační soubor •208 srážkově významných epizod (hodinových akumulací) –kritérium byla přítomnost srážek na všech stanicích v městě Brně •Pro všechny stanice vypočteny korelační koeficienty a střední absolutní chyba • • P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 Výsledky P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 vzd-abs_chyba P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 salek-obr4 Kor. koef orig. radaru Kor. koef adj. radaru Kor. koef kombinace Korelogram hodinových srážkových úhrnů P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 Praktické využití operativního radaro-srážkoměrného odhadu •Rychlý přehled dat o srážkách (kolik spadlo srážek) •Varovná protipovodňová služba •Verifikace meteorologických předpovědních modelů •Srážkový vstup do hydrologických modelů P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 merge_201008150600_06 merge_201008150600_06_catchments P-Brno, 28.2. 2011 CR-polygony-legenda Příklady Thiessenových polygonů, pro vybraná povodí, pro které je možné počítat plošné odhady srážek P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 Závěry •Nekorigovaná radarová měření srážek jsou nepřesná, odhady vyžadují korekce •Adjustace územně proměnným koeficientem přesnost významně zvyšuje •Průměrně nejlepším odhadem je kombinace (např. regresní krigování) • P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 Závěry (pokr.) •Verifikace na denních úhrnech ukázala i místa, kde radar k přesnosti odhadu srážek nepřispívá (zejm. horské oblasti) •Výpočty hodinových úhrnů pro město Brno indikují, že radar pozitivně přispívá k hodinovým odhadům srážek až od vzdálenosti asi 4 km od nejbližší stanice (nejbližších stanic) použité ve výpočtech. • P-Brno, 28.2. 2011 sumgr20081126090457i4vlq7bkei5qac9n2d5gk6or76 sablony_ppt_01 Závěry (pokr.) • Radarové odhady mohou sloužit ke kontrole (člunkových) srážkoměrů P-Brno, 28.2. 2011 sablony_ppt_01 Použité informační technologie •Při tvorbě a provozu kombinované informace byly a jsou použity tyto technologie: - Jazyk R + modul gstat - GIS GRASS, knihovna proj - OS GNU Linux a příslušné vývojové nástroje (C, Perl, …) - ArcGIS P-Brno, 28.2. 2011 Case studies of flash floods •Flash flood at Hodonínka river basin –Catchment area: 67.9 km2 –Number of radar areal elements: 9 –Average area of the radar areal elements: 7.5 km2 P-Brno, 28.2. 2011 olesnice Basic facts of the flash flood at Hodonínka •Occured at small river Hodonínka on July 15, 2002 in evening hours •one of the worst convection-related disasters in 15 years • •Return period: > 200 years •Damage: 5.5 mil EUR •2 fatalities • •Cause: Heavy rainfall lasting 1.5 hour, train effect • P-Brno, 28.2. 2011 Hodoninka-srazky Radar-based QPE (from Max Z, grid 1km) and precipitation measurements (catchment size: 67.9 km2) olesnice_radar Hydrological model Hydrog ‘forecasted’ the discharge at the Štěpánov village using 10-minute radar-based QPE, 2-hour COTREC-based nowcasting and 1-hour persistence forecast of the 10-minute values P-Brno, 28.2. 2011 Example of COTREC nowcasting performance • • COTREC is more suitable for linear movement … P-Brno, 28.2. 2011 pacz23 P-Brno, 28.2. 2011 pacz23 P-Brno, 28.2. 2011 pacz23 P-Brno, 28.2. 2011 pacz23 P-Brno, 28.2. 2011 pacz23 P-Brno, 28.2. 2011 pacz23 P-Brno, 28.2. 2011 pacz23 P-Brno, 28.2. 2011 pacz23 P-Brno, 28.2. 2011 pacz23 P-Brno, 28.2. 2011 pacz23 P-Brno, 28.2. 2011 pacz23 P-Brno, 28.2. 2011 pacz23 P-Brno, 28.2. 2011 pacz23 P-Brno, 28.2. 2011 pacz23 P-Brno, 28.2. 2011 pacz23 P-Brno, 28.2. 2011 Overview of the convection development along with discharge forecasts • •radar reflectivities (10 minute measurement) • •discharge forecasts for Štěpánov profile P-Brno, 28.2. 2011 200207151420_radar P-Brno, 28.2. 2011 200207151430_radar P-Brno, 28.2. 2011 200207151440_radar P-Brno, 28.2. 2011 200207151450_radar P-Brno, 28.2. 2011 200207151500_radar P-Brno, 28.2. 2011 200207151510_radar P-Brno, 28.2. 2011 200207151520_radar P-Brno, 28.2. 2011 200207151530_radar P-Brno, 28.2. 2011 200207151540_radar 1640_graf P-Brno, 28.2. 2011 200207151550_radar P-Brno, 28.2. 2011 200207151600_radar P-Brno, 28.2. 2011 200207151610_radar P-Brno, 28.2. 2011 200207151620_radar 1720_graf P-Brno, 28.2. 2011 200207151630_radar 1730_graf P-Brno, 28.2. 2011 200207151640_radar P-Brno, 28.2. 2011 200207151650_radar 1750_graf P-Brno, 28.2. 2011 200207151700_radar P-Brno, 28.2. 2011 200207151710_radar 1810_graf P-Brno, 28.2. 2011 200207151720_radar P-Brno, 28.2. 2011 200207151730_radar P-Brno, 28.2. 2011 200207151740_radar P-Brno, 28.2. 2011 200207151750_radar 1850_graf P-Brno, 28.2. 2011 200207151800_radar P-Brno, 28.2. 2011 Olesnice mapka mereni Sloup: return period: 50-100 years Catchment area: 49.9 km2 Number of radar areal elements: 8 Average area of the radar areal elements: 7.1 km2 Flash flood at Sloup the 26 May 2003 P-Brno, 28.2. 2011 prival_Rajecka Flash flood at Sloup the 26 May 2003 P-Brno, 28.2. 2011 05261100 P-Brno, 28.2. 2011 05261110 P-Brno, 28.2. 2011 05261120 P-Brno, 28.2. 2011 05261130 P-Brno, 28.2. 2011 05261140 P-Brno, 28.2. 2011 05261150 P-Brno, 28.2. 2011 05261200 1300 P-Brno, 28.2. 2011 05261210 1310 P-Brno, 28.2. 2011 05261220 1320 P-Brno, 28.2. 2011 05261230 1330 P-Brno, 28.2. 2011 05261240 1340 P-Brno, 28.2. 2011 05261250 1350 P-Brno, 28.2. 2011 05261300 1400 P-Brno, 28.2. 2011 05261310 1410 P-Brno, 28.2. 2011 05261320 1420 P-Brno, 28.2. 2011 05261330 1430