Tiesäämallin asemaja hilaversion validointi UbiCasting Workshop 10-09-2008 Marjo Hippi / Met. tutkimus
Tiesäämallin asema- ja hilaversion validointi - Työn sisältö Tiesäämallia ajetaan kahdella eri lähtödatalla, joista alkuperäinen perustuu synop-havaintoihin ja uudempi tiesäähavaintoihin Tiesäähavaintoihin perustuvalla malliversiolla on tarkoitus saada mallinnettua tarkemmin vaihtelevat olosuhteet Tähän mennessä asemaversio on ollut operatiivisessa ajossa jo parin talven ajan, mutta tuloksia ei ole vertailtu hilaversion tuottamiin laskelmiin Ubicasting-projektissa: Tammikuun 2008 data on kerätty ja mallit ajettu 13 eri paikkakunnalle. Asemamallin ja hilamallin avulla laskettua tienpinnan lämpötilaa verrataan tiesääasemilla mitattuun tienpinnan lämpötilaan
Malli on energiatasemalli Taustaa tiesäämallista Inputteina ilman lämpötila, kastepiste, suhteellinen kosteus, tuulen voimakkuus, säteily, sade Outputteina mm. tienpinnan lämpötila, kelitulkinta, liikenneindeksi, lumen/jään/veden/kuuran paksuus pinnalla, Tiesäämalli on 1-pistemalli, joten sillä voidaan ajaa mikä tahansa mielivaltainen piste, johon on input-data saatavilla Mallin laskenta muodostuu operatiivisessa käytössä kahdesta eri osasta: havaintojakso (2 vrk) ja ennustejakso (2 vrk). Havaintojaksolla alustetaan ennusteen lähtötila Testauksessa mallia voidaan ajaa takautuvasti perustuen pelkästään havaintoihin (=analyysiajo) Huom: Malli ei pidä sisällään tienhoitotoimenpiteitä eikä ympäristötekijöitä ja myöskin tien rakenne on kaikkialla sama
Hilaversio Synop-havainnoista muodostetaan interpoloimalla 10 km x 10 km hilaverkko koko maan alueelle Sateen intensiteetti otetaan tutkasateesta ja säteily johdetaan meteorologin editoimasta kokonaispilvisyydestä Operatiivisessa käytössä malli ajetaan kaikille hilapisteille Mielivaltaiselle pisteelle voidaan poimia lähimmän hilapisteen inputit Plussaa: Synop-havainnot ovat hyvälaatuista havaintodataa Miinusta: Synop-havaintoasemat sijaitsevat hyvin ympäristöään edustavalla paikalla, joten ne eivät kuvaa välttämättä kovin hyvin tieosuuksien vaihtelevia lämpötila- ja keliolosuhteita Verifiointi ei aivan mielekästä (mallinnus kuvaa hieman eri tilannetta)
Asemaversio Tiesäämallin asemaversiossa havaintodata (lämpötila, kastepiste, suhteellinen kosteus ja tuulen voimakkuus) otetaan tiesäähavainnoista Näin havainnot kuvaavat nimenomaan sen pisteen vallitsevaa tilannetta Sateen intensiteetti otetaan tutkasateesta ja säteily johdetaan meteorologin editoimasta kokonaispilvisyydestä. Plussaa: Miinusta: Tiesäähavainnot kuvaavat hyvin pienen alueen vallitsevaa tilannetta Tiesäähavainnot eivät ole välttämättä aivan yhtä hyvälaatuisia kuin synop-havainnot virheellisillä havainnoilla saattaa olla jonkin verran vaikutusta(?)
Suoritettu vertailu Tarkasteltavat pisteet: Helsinki Turku Lahti Tampere Savitaipale Keuruu Seinäjoki Ilomantsi Iisalmi Suomussalmi Oulu Rovaniemi Inari Suomesta valittiin 13 pistettä tarkasteluun Kyseisistä pisteistä kerättiin tarvittava input-data ja tiesäämalli ajettiin sekä hilainputilla että asema-inputilla Tiesäämallin tuottamaa tienpinnan lämpötilaa verrattiin havaintoihin Havaintoeroja pyrittiin selvittämään
Esimerkki :: Ilomantsi Lämpötilavertailu 5 Lämpötila (C) 0-5 -10-15 1 19 37 55 73 91 109 127 145 163 181 199 217 235 253 271 289 307 325 343 361 379 397 415 433 451 469 487 505 523 541 559 577 595 613 631 649 667 685 703 721 739 Asema-input Havainto -20-25 Aika (1.1.- 31.1. 2008) Lämpötilaerotus 4 2 Lämpötilaerotus (C) 0-2 -4 1 19 37 55 73 91 109 127 145 163 181 199 217 235 253 271 289 307 325 343 361 379 397 415 433 451 469 487 505 523 541 559 577 595 613 631 649 667 685 703 721 739 Asema-input -6-8 Aika (1.1. - 31.1. 2008)
Esimerkki :: Lahti Lämpötilavertailu 4 2 0-2 1 19 37 55 73 91 109 127 145 163 181 199 217 235 253 271 289 307 325 343 361 379 397 415 433 451 469 487 505 523 541 559 577 595 613 631 649 667 685 703 721 739 Lämpötila (C) -4-6 -8-10 -12 Asema-input Havainto -14-16 4 Aika (1.1. - 31.1.2008) Lämpötilaerotus Tod.näk jotain ongelmaa inputdatassa tai havainnoissa(?) 2 Lämpötilaerotus (C) 0-2 -4 1 19 37 55 73 91 109 127 145 163 181 199 217 235 253 271 289 307 325 343 361 379 397 415 433 451 469 487 505 523 541 559 577 595 613 631 649 667 685 703 721 739 Asema-input -6-8 Aika (1.1. - 31.1.2008)
Esimerkki :: Tampere Lämpötilavertailu Lämpötila (C) 8 6 4 2 0-2 1 19 37 55 73 91 109 127 145 163 181 199 217 235 253 271 289 307 325 343 361 379 397 415 433 451 469 487 505 523 541 559 577 595 613 631 649 667 685 703 721 739-4 -6-8 -10-12 -14 Aika (1.1. - 31.1. 2008) Havaintovirhe Asema-input Havainto Lämpötilaertotus Lämpötilaerotus (C) 4 3 2 1 0-1 1 19 37 55 73 91 109 127 145 163 181 199 217 235 253 271 289 307 325 343 361 379 397 415 433 451 469 487 505 523 541 559 577 595 613 631 649 667 685 703 721 739-2 -3-4 -5-6 Aika (1.1. - 31.1. 2008) Asema-input
Tulokset tiivistettynä Paikkakunta Asemainput Seinäjoki +0,33-0,12 Helsinki -0,25 +0,37 Ilomantsi -0,37 +0,44 Turku +0,37 +0,05 Iisalmi -0,62-0,82 Lahti -0,47-0,44 Suomussalmi -0,12-1,15 Tampere -0,98-0,59 Oulu -0,61-0,75 Savitaipale -0,65-0,19 Rovaniemi -0,61-0,37 Keuruu -0,72-0,60 Inari -0,52-0,11 Analyysi kylmempi kuin havainto negatiivinen arvo
Tulokset tiivistettynä #2 Paikkakunta Asemainput Seinäjoki +0,33-0,12 Helsinki -0,25 +0,37 Ilomantsi -0,37 +0,44 Turku +0,37 +0,05 Iisalmi -0,62-0,82 Lahti -0,47-0,44 Suomussalmi -0,12-1,15 Tampere -0,98-0,59 Oulu -0,61-0,75 Savitaipale -0,65-0,19 Rovaniemi -0,61-0,37 Keuruu -0,72-0,60 Inari -0,52-0,11 Rengastettu analyysi lähempänä havaintoa
Tulosten tarkastelu Tiesäämallin analyysit suurimmaksi osaksi hiukan liian kylmiä tietoinen virhe Nollan lähellä tulokset olivat pääosin molempien malliversioiden osalta hyvin tarkkoja Muuten eroja esiintyi jonkin verran enemmän Joissakin tilanteissa asemaversio antoi kylmempiä lukemia ja jossakin taas hilaversio oli kylmempi Erot selittynee ainakin osaksi ympäristötekijöillä Ainainen ongelma: tiesäämallin tulosten verifiointi hankalaa tienhoitotoimenpiteet ja ympäristötekijät voivat vaikuttaa suuresti tarkasteltavaan tilanteeseen
Johtopäätökset Näiden tulosten perusteella ei voida suoraan sanoa, että asema-inputilla tuotettu malliajo tuottaisi paremman tuloksen Tulokset tällä otoksella 50-50 ja vaihtelevat tasaisesti suuntaan ja toiseen Paikalliset olosuhteet (ympäristötekijät) pitäisi saada sisällytettyä malliin Tiesäämallin tulosten verifiointi on hankalaa ellei jopa hiukan kyseenalaista Nollan lähellä malli toimii hyvin