Mallinnus ja laskenta Ilmatieteen laitoksella Laitoksen riippuvuus laskennasta... Johan Silén,4.2.2009



Samankaltaiset tiedostot
LAPS: Testbedhavainnoista. analyysiksi. Janne Kotro Kaukokartoitus/Tutkimus

Vinkkejä sään ennakointiin ja sään muutosten havainnointiin

Paloriskin ennustaminen metsäpaloindeksin avulla

ILMATIETEEN LAITOS Yleisesittely. Marko Viljanen

Ilmatieteen laitos. eurooppalaisen ilmakehä- ja meriosaamisen edelläkävijä

Ilmastonmuutos pähkinänkuoressa

Synoptinen analyysi. Meteorologi Vesa Nietosvaara Ilmatieteen laitos. HydMet, /20

HIRLAM diagnostics for operations and experiments

Avoin data miten Ilmatieteen laitoksen dataa hyödynnetään? Anu Petäjä

Sään ennustamisesta ja ennusteiden epävarmuuksista. Ennuste kesälle Anssi Vähämäki Ryhmäpäällikkö Sääpalvelut Ilmatieteen laitos

Sään ja ilmaston vaihteluiden vaikutus metsäpaloihin Suomessa ja Euroopassa Understanding the climate variation and change and assessing the risks

Energiasään ennustaminen

Ilmastonmuutos ja ilmastomallit

Auringonsäteily Suomessa ja Östersundomissa

Hydrological applications

Tiesää - älyliikennepilotti Sotshin 2014 talviolympialaisissa

Seurantalaskimen simulointi- ja suorituskykymallien vertailu (valmiin työn esittely) Joona Karjalainen

AurinkoATLAS - miksi mittaustietoa auringosta tarvitaan?

Aurinkoenergian saatavuuden ennustaminen. Anders Lindfors, Herman Böök, Juha Karhu, Erik Gregow, Sami Niemelä

AURINKO SÄÄTÄÄ ILMASTOA KOKEMÄKI

Gammaspektrometristen mittausten yhdistäminen testbed-dataan inversiotutkimuksessa

Johtuuko tämä ilmastonmuutoksesta? - kasvihuoneilmiön voimistuminen vaikutus sääolojen vaihteluun

ILMASTONMUUTOSENNUSTEET

perustamishankkeeseen ja päämajan sijoittamiseen Suomeen

Reason for Major Climate Changes

Tuulen viemää. Satelliitit ilmansaasteiden kulkeutumisen seurannassa. Anu-Maija Sundström

Uutta tutkimustietoa ilmastonmuutoksen vaikutuksesta Suomen myrskytuuliin ja -tuhoihin

Tulevat havaintokampanjat ja fotometriatyöpajan suunnittelu. Havaintotorniverkon kokous Cygnus 2011, Jokioinen

Signaalien taajuusalueet

Ilmakehän aerosoliprosessien ja aerosoliilmastovaikutuksen. tutkimus. Antti-Ilari Partanen Ilmatieteen laitos, Kuopion yksikkö

Ilmastonmuutos eri mittakaavatasoilla

Rajakerroksen fysiikka I

Mistä tiedämme ihmisen muuttavan ilmastoa? Jouni Räisänen, Helsingin yliopiston fysiikan laitos

Testbed-havaintojen hyödyntäminen ilmanlaadun ennustamisessa. Minna Rantamäki TUR/Viranomaisyhteistyö ILA/Ilmanlaadun mallimenetelmät

Rajakerroksen fysiikka I (5 op)

Tiesää - älyliikennepilotti Sotshin 2014 talviolympialaisissa

Mikä muuttuu, kun kasvihuoneilmiö voimistuu? Jouni Räisänen Helsingin yliopiston fysiikan laitos

Data-assimilaation menetelmät

Sää- ja ilmastonmuutosriskien arviointi Helsingille Ilmastonmuutos ja selvityksen lähestymistapa ANTTI MÄKELÄ

Helsinki Testbedin säätuotteet tänään ja tulevaisuudessa

Sää- ja kelitiedot älyliikenteeseen. Rengasfoorumi Älyliikenne (ITS) :

Mikä määrää maapallon sääilmiöt ja ilmaston?

Teknillinen tiedekunta, matematiikan jaos Numeeriset menetelmät

Aurinkoenergian potentiaali Suomessa. tutkimusprofessori (tenure track) Anders Lindfors Ilmatieteen laitos

Uusinta tietoa ilmastonmuutoksesta: luonnontieteelliset asiat

Mitä kuuluu ilmastonmuutokselle?

Ilmastonmuutoksen suurimmat aiheuttajat selvitetty

Johanna Tamminen, Iolanda Ialongo, Anu-Maija Sundström, Hanna-Kaisa Lindqvist, Ella Kivimäki, Janne Hakkarainen, Seppo Hassinen Ilmatieteen laitos

Säätilan kehitys ennen Loimaan onnettomuutta

Kokemuksia Geoserveristä IL:n avoimen datan projektissa Mikko Visa

Ilmakehän jäätävien olosuhteiden havainnointi maanpinnalta tehtävän kaukokartoituksen avulla

Tiesäämallin asemaja hilaversion validointi. UbiCasting Workshop Marjo Hippi / Met. tutkimus

Sektoritutkimusohjelman ilmastoskenaariot SETUKLIM

Datanhaku www-käyttöliittymästä Mikko Parviainen, Ilmatieteen laitos / tietojärjestelmät mikko.parviainen@fmi.fi

Tuulisuuden kartoitus Suomessa

Mistä on kyse? Pilvien luokittelu satelliittikuvissa. Sisältö. Satelliittikartoitus. Rami Rautkorpi Satelliittikartoitus

Yleistä. Millaiseksi ilmastomme on muuttumassa?

Ilmastonmuutos mitä siitä seuraa?

Tiesäämalli. Markku Kangas Marjo Hippi Johanna Ruotsalainen Sigbritt Näsman Martti Heikinheimo Ilmatieteen laitos 05/04/2005 1

Lataa Avaruussää - Heikki Nevanlinna. Lataa

Copernicus, Sentinels, Finland. Erja Ämmälahti Tekes,

Utön merentutkimusasema

LUENTO Kyösti Ryynänen

Metsien hiilitaseet muuttuvassa ilmastossa Climforisk-hankkeen loppuseminaari,

LUENTO Kyösti Ryynänen REAALITODELLISUUS ILMASTOMALLIT HILA HILA PARAMETRISOINTI

Ilmastonmuutokset skenaariot

Myrskyjen bongaus Suomessa. Jari Ylioja

Mittausprojekti 2017

Hiilidioksiditase IL:n ilmastomallinnuksessa. Tiina Markkanen, Jouni Susiluoto, Tuula Aalto, Petri Räisänen, Tea Thum, Heikki Järvinen

Suomen aurinkoenergiapotentiaali & ennustaminen ISY kevätseminaari, ABB

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Ilmakehän vaikutus havaintoihin. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

TOIMISTOHUONEEN LÄMPÖOLOSUHTEET KONVEKTIO- JA SÄTEILYJÄÄHDYTYSJÄRJESTELMILLÄ

Kesäkonvektio. Ilmailijoiden sääilta Joonas Eklund Yhteyspäällikkö / Meteorologi Ilmatieteen laitos

Suojeleva Aurinko: Aurinko ja kosmiset säteet IHY

Rikkidioksidin ja haisevien rikkiyhdisteiden pitoisuudet tammi-kesäkuussa 2017

AURINGON AKTIIVISUUS MINNE OLLAAN MATKALLA? TONI VEIKKOLAINEN AURINKOKUNTATAPAAMINEN TÄHTIKALLIO, ORIMATTILA

Kehittyvien satelliittiaineistojen mahdollisuudet

Ilmastonmuutoksen vaikutukset tiemerkintäalaan

Rikkidioksidin ja haisevien rikkiyhdisteiden pitoisuudet tammi-kesäkuussa 2016

Globaali virtapiiri. Reko Hynönen

ACCLIM II Ilmastonmuutosarviot ja asiantuntijapalvelu sopeutumistutkimuksia varten Kirsti Jylhä, Ilmatieteen laitos ISTO-loppuseminaari 26.1.

Ilmastomuutoksen riskimallinnuksen tuloksia: millaiset ovat tulevaisuuden ilmastoolosuhteet

Ilmastonmuutos globaalina ja paikallisena ilmiönä

Copyright 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley.

Vaisala s New Global L ightning Lightning Dataset GLD360

Viestintä Ilmatieteen laitoksessa Avoin hallinto Nina Kukkurainen viestintäjohtaja

Luotaukset Jari Ylioja SYYSTAPAAMINEN 2018

T DSP: GSM codec

Navigointi- ja taktiikkaohjelmistot. X Sail Racing Team Christer Baggström

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 10: Stokesin lause

Available data sources & Real-time data collection

Ryhmä 6. Ilmatieteen laitos, SYKE, HELCOM, Uudenmaan liitto

Matematiikka ja teknologia, kevät 2011

Finnish climate scenarios for current CC impact studies

CUDA. Moniydinohjelmointi Mikko Honkonen

HARJOITUS- PAKETTI A

Ajankohtaista ilmastonmuutoksesta ja Espoon kasvihuonekaasupäästöistä

Pintasääasemaverkon vikadiagnostiikkaa DADAssa

Transkriptio:

Mallinnus ja laskenta Ilmatieteen laitoksella Laitoksen riippuvuus laskennasta... Johan Silén,4.2.2009 05.02.09

Historia Taustaa Humboldt --> von Neumann Tavoite Mitä voidaan saavutta? Paljonko maksaa? Mihin voimme luottaa? Mittaukset ja mallit? Johtopäätöksiä Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 05.02.09 2

Ilmatieteen laitos 1838-2009 Johan Jacob Nervander Humboldtin hypoteesi oli että magneettikenttä on jotenkin tekemisissä yläpilvien muodostumisen kanssa ja siten vaikuttaa ilmastoon. Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 05.02.09 3

Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 05.02.09 4

Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 05.02.09 5

Auringon aktiivisuus muokkaa heliosfäärin kokoa muuttaen kosmisen säteilyn määrän ja sitenc14 tuoton. Mahdollista mitata auringon teho menneisyydessä! Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 05.02.09 6

Total solar irradiance forcing Recent reconstructions have drastically reduced the range of solar variations from the Maunder Minimum to now! (MPI for Solar System Research, Krivova et al.) ~0.1% No effects of UV and IR bands implemented yet Courtesy: N. Krivova, 02/2008 05.02.09

Historia Vilhelm Bjerknes 1904 : On mahdollista ennustaa sää ratkaisemalla liikeyhtälöt. Lewis Fry Richardson ~1916 : ensimmäinen ennuste yhtälöiden ratkaisulla. 2. maailman sota kehitti toimintoja. Ensimmäiset tietokoneet: - ENIAC (USA), Colossus (UK) Ruotsi, 1954 : ensimmäiset operatiiviset ennusteet (C.G.Rossby) Nykyisin mesoskaalan ilmiöitä superlaskimilla (~ km) Markku Kangas/FMI

Numeerinen laskenta Ilmakehätilavuus erillisiksi pisteiksi - pisteiden väli = erottelukyky = tarkkuus Ilmakehän perusyhtälöt - jatkuvuus, lämpötila, liikemäärä, kosteus Ei suoraa ratkaisua kaikille ilmiöille - rajallinen erottelukyky (säämalleissa ~10-20 km) - parametrisointi pilvet, konvektio, turbulenssi vuorovaikutus maanpinnan kanssa Markku Kangas/FMI erottelukyky

Kaoottisuus Suuri herkkyys lähtötilanteelle ECMWF plumes : 15.4.2008 Helsinki - sää "eri kehityspolulle" Ensembe Prediction System (EPS) - parviennuste - häiritään alkutilaa ja/tai fysikaalisia parametreja - deterministisen ennusteen lisäksi 50 erilaista häirittyä ennustetta - kuvaavat sään muita mahdollisia kehityskaaria - hajonta riippuu ilmakehän tilan kehittymisen ennustettavuudesta Markku Kangas/FMI Madrid

Numerinen meteorologia Data-assimilation Oletukset Havainnot Start värden Ennuste laskenta Ennusteet Analyysit Data-assimilaatio kaoottiset yhtälöt ennustelaskennan alkutila tärkeä ongelma : havainnot harvoja, epätasaisesti jakautuneita avuksi : säämalli antaa periaatteessa koko ilmakehän tilan ratkaisu : yhdistetään alkutila optimaalisesti havainnoista ja aiemmasta ennusteesta (ennakkokenttä) kyseiselle ajanhetkelle - Hirlam : 4-dimensioinen variaatioanalyysi (4DVAR) - toistaiseksi käytössä vain 3-4 LAM-mallissa maailmassa Markku Kangas/FMI

Euroopan LAM-konsortiot HIRLAM HIRLAM (9) High Resolution Limited Area Model ALADIN (12) COSMO (5) UK (1) 9 maata - kehitys + operatiivinen käyttö - IL Lead Center for RCR (Hirlam referenssi operatiivisessa käytössä) ECMWF - European Centre for Medium-Range Weather Forecasts - globaali ennuste : reuna-arvot LAM-malleille Hirlam ver 1.0 v.1990-2006 : Hirlam 6 Markku Kangas/FMI Hirlam HirlamAA+ Aladin = HARMONIE (1-3 km mesomalli)

Säämallit Ilmatieteen laitoksessa RCR = Hirlam Regular Cycle with the Reference system Säämallien laskenta-alueet RCR > MBE > AROME 538 x 448 - dh = 0.15o~16 km, dt = 6 min - 60 tasoa pystysuunnassa (1000 10 hpa) MBE = Hirlam Meso BEta model (MB71) 482 x 360 300 x 300 - dh = 0.068o~ 7.5 km, dt = 3 min - 60 tasoa pystysuunnassa (1000 10 hpa) AROME - dh = 2.5 km, dt = 1 min - 40 tasoa pystysuunnassa (1000-10 hpa) - epähydrostaattinen, uuden sukupolven malli Markku Kangas/FMI ECMWF reunat

HIRLAM RCR -mallin käyttö 54 h ennuste : 00, 06, 12, 18 UTC Alkutilanteen tarkennus (4 krt/vrk) - ennakkokenttä ennusteille yhdistämällä globaalin mallin (ECMWF) havaintoanalyysiin Tietokantaan vienti, visualisointi - jatkokäsittely, jatkosovellukset - http://fminwp.fmi.fi Markku Kangas/FMI

The Lorenz Attractor one flap of a sea-gull s wing may forever change the future course of the weather (Lorenz, 1963) 05.02.09

Scientific basis for Ensemble Predictions X = σx + σy Y = XZ + rx Y Z = XY bz IC IC cold warm cold IC warm cold warm In a non-linear dynamical system, the growth of uncertainties in initial conditions is flow dependant Markku Kangas/FMI 05.02.09

Kaoottiset yhtälöt: Edward Lorenz, 1960 0,506 (p.o. 0,506127) Markku Kangas/FMI Pienet virheet kasvavat

IL:n tietokonejärjestelmä Silicon Graphics Altix-3700 BX2 - Intel Itanium 2 -prosessori, 1.5 GHz, 4 Mtavun välimuisti, 6 GFlops / pros. - 304 prosessoria 2 osassa : jumbo/256 + sambo/48 1 GB / 2 GB jaettua keskusmuistia/pros. Hirlam : jumbo/121 pros. - varakone = sambo/42 pros. - Novell Suse Linux, Intel-kääntäjät - LSF-eräajojärjestelmä Hirlam RCR ennuste: 25 min (seinäkelloaikaa) - Koko laskentasykli (tulokset ladattavissa tietokantaan ; havaintojen käsittely, analyysi, ennuste) odotusaikoineen: 55-60 min

IBM 155 p5-575+ / ECMWF Laskentatehon kehitys GFlops = 109 laskutoimitusta sekunnissa 100 000.00 p5-575+ p690/2176 10 000.00 GFlops VPP5000/100 + VPP700 p690/512 Gflops 1 000.00 VPP700/46V Cray XT4 Altix PP700/46 T3E/512 100.00 C-90/16 10.00 Teho-PC 2008 (quad core) Y-MP/8 C-94/16 X-MP/4 1.00 X-MP/2 CRAY-1 X-MP/4 0.10 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 ECMWF Performance CSC Performance FMI Performance FMI Altix

IBM 155 p5-575+ / ECMWF Laskentatehon kehitys GFlops = 109 laskutoimitusta sekunnissa 100 000.00 p5-575+ p690/2176 10 000.00 GFlops VPP5000/100 + VPP700 p690/512 Gflops 1 000.00 VPP700/46V Cray XT4 Altix PP700/46 T3E/512 100.00 C-90/16 10.00 Teho-PC 2008 (quad core) Y-MP/8 C-94/16 X-MP/4 1.00 X-MP/2 CRAY-1 X-MP/4 0.10 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 ECMWF Performance CSC Performance FMI Performance FMI Altix

Source : Dominique Marbouty, Meteorology in a European context (MarboutyECMWF_Helsinki_081105.ppt) Ennustetarkkuuden kehitys ECMWF model scores 1981-2003 : Anomaliakorrelaatio ; kuinka hyvin malli korreloi ilmakehässä tapahtuvien muutosten kanssa (%); 3, 5 ja 7 pv ennusteet Ennusteen parannus ~1 pv / 10v Anomaly correlation of 500 HPa height forecasts (%) Markku Kangas/FMI käytettavyyden raja = 60%

Tulevaisuus!?!?! Laskentakyvyn lisäys Erottelukyvyn parannus (~ km, < km) Markku Kangas/FMI

Tulevaisuus!?!?! Laskentakyvyn lisäys Erottelukyvyn parannus (~ km, < km) Ongelma : kasvava datamäärä superkone = tietokone, jossa laskentaongelma muuttuu dataongelmaksi => uudet tallennusmenetelmät

Tulevaisuus!?!?! Laskentakyvyn lisäys Erottelukyvyn parannus (~ km, < km) Ongelma : kasvava datamäärä superkone = tietokone, jossa laskentaongelma muuttuu dataongelmaksi => uudet tallennusmenetelmät Nowcasting hyvin lyhyen ajan ennusteet

Tulevaisuus!?!?! Laskentakyvyn lisäys Erottelukyvyn parannus (~ km, < km) Ongelma : kasvava datamäärä superkone = tietokone, jossa laskentaongelma muuttuu dataongelmaksi => uudet tallennusmenetelmät Nowcasting hyvin lyhyen ajan ennusteet Uudet havaintomenetelmät (data-assimilaatio) uudet satelliitit (sää-, GPS-), säätutkat (sade, tuuli)

Tulevaisuus!?!?! Laskentakyvyn lisäys Erottelukyvyn parannus (~ km, < km) Ongelma : kasvava datamäärä superkone = tietokone, jossa laskentaongelma muuttuu dataongelmaksi => uudet tallennusmenetelmät Nowcasting hyvin lyhyen ajan ennusteet Uudet havaintomenetelmät (data-assimilaatio) uudet satelliitit (sää-, GPS-), säätutkat (sade, tuuli) EPS todennäköisyys(parvi)ennusteet

Tulevaisuus!?!?! Laskentakyvyn lisäys Erottelukyvyn parannus (~ km, < km) Ongelma : kasvava datamäärä superkone = tietokone, jossa laskentaongelma muuttuu dataongelmaksi => uudet tallennusmenetelmät Nowcasting hyvin lyhyen ajan ennusteet Uudet havaintomenetelmät (data-assimilaatio) uudet satelliitit (sää-, GPS-), säätutkat (sade, tuuli) EPS todennäköisyys(parvi)ennusteet Kytketyt mallit ilmakehä + meri + kemia nyt jo ilmastomalleissa

Ilmastomalleja on monenlaisia Nollaulotteiset Tasapainoehdot Boksi-mallit Yksinkertaiset kytketyt mallit Globala Circulations modeller (GCM) Hydrodynamiikkaa + muuta Kytketyt ESM Maapallon simulointia Lisäämällä mallin monimutkaisuutta saadaan parempia sovituksia vaikka ennustettavuus voi heikentyä!

Planeettojen ilmasto Yksinkertainen hypoteettinen MEP malli. Luonto toimii siten että se avaa aina tarpeen mukaan uusia purkukanavia. DIMENSIONS ANALYS: DρCpHv/R, with H the scale height 8km, Cp is speci c heat capacity of 1kJkg 1K 1, ρ is surface atmospheric density of 1.25 kgm 3, average meridional wind v of 1 ms 1 and planetary radius R=6370km, we obtain 1.5 Wm 2K 1,

GCMs: Muista: Maapallo on Aqua planet jossa valtameri määrää Olemme kaloja 10 m syyvyydessä 2400 m syvässä meressä... Markku Kangas/FMI Global Circulation Models

Keskustelu kiivaana. Miten mitata? Johtopäätös? Mallit? Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus Pitkät mittausjaksot, systemaattiset virheet? 05.02.09 32

Yritys pelkästään havainnoista vetää johtopäätöksiä. JGR, syyskuu 2008 Empirinen malli kuitenkin pohjalla... Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 05.02.09 33

Johan Silén ERIK PALMÉNIN AUKIO 1 00560 HELSINKI Puh. (09) 192 91 Faksi (09) 179 581 www.ilmatieteenlaitos.fi Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 05.02.09 34