Πρόγνωση θαλάσσιας κυκλοφορίας: To Princeton Ocean Model

Παρουσίαση με θέμα: "Πρόγνωση θαλάσσιας κυκλοφορίας: To Princeton Ocean Model"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Πρόγνωση θαλάσσιας κυκλοφορίας: To Princeton Ocean Model
Κατερίνα Κομπιάδου, Χάρης Σκουληκάρης, Γιάννης Κοντός Εργαστήριο Θαλάσσιας Τεχνικής και Θαλασσίων Έργων Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. Εργαστήριο Θαλάσσιας Τεχνικής και Θαλασσίων Έργων Τομέας Υδραυλικής και Τεχνικής Περιβάλλοντος Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Α.Π.Θ.

2 Το Princeton Ocean Model (POM)
Το POM (Blumberg and Mellor, 1987) είναι ένα τρισδιάστατο μοντέλο ελεύθερης επιφάνειας που ακολουθεί τη μορφολογία του πυθμένα, το οποίο περιλαμβάνει ένα σχήμα κλεισίματος της τύρβης ανώτερης τάξης (Mellor and Yamada, 1982) και μπορεί να προγνώσει τη βαροκλινική και βαροτροπική κυκλοφορία και να παρέχει προγνώσεις σχετικά με τις ταχύτητες και τις διευθύνσεις των θαλασσίων ρευμάτων, τη Μέση Στάθμη Θάλασσας (ΜΣΘ) και τα θερμοαλατικά χαρακτηριστικά του θαλασσινού νερού. Blumberg, A.F. and Mellor G.L., 1987, A description of a three-dimensional coastal ocean circulation model, In Three-Dimensional Coastal Ocean Models, N. S. Heaps (Ed.), American Geophysical Union, Washington, DC, pp. 1-16 Mellor, G.L. and Yamada T., 1982, Development of a turbulence closure model for geophysical fluid problems, Reviews of Geophysics and Space Physics, 20(4),

3 Η κατακόρυφη διακριτοποίηση στο POM
σίγμα συντεταγμένες Παράκτιες περιοχές: εκτείνονται από μικρά έως και μεγάλα βάθη Εφαρμογή καρτεσιανού κανάβου (σταθερού βήματος dz) Εφαρμογή κανάβου σίγμα (μεταβλητού βήματος dσ) Πλεονέκτημα σίγμα συντεταγμένων: αποδοτική έκφραση πυθμένα και ελεύθερης επιφάνειας

4 Θαλάσσιες παράμετροι στο POM
Εσωτερικός κύκλος (βαροτροπικός) τρισδιάστατοι πίνακες Εξωτερικός κύκλος (βαροκλινικός) διδιάστατοι πίνακες Θερμοαλατικές παράμετροι ταχύτητες (u,v,w) τύρβη Ελεύθερη επιφάνεια Μέσες με το βάθος ταχύτητες (U,V)

5 Βασικές εξισώσεις εξωτερικού κύκλου (2D)
Εξίσωση συνέχειας: Εξισώσεις ισορροπίας κατά x και y: 1: οριζόντια μεταφορά 2: οριζόντια διασπορά 3: επίδραση Coriolis 4: όρος κλίσης επιφάνειας 5: τάση ανέμου (σ=0) και τριβής πυθμένα (σ=-1) 6: όροι οριζόντιας διασποράς 7: βαροκλινικοί όροι

6 Βασικές εξισώσεις εσωτερικού κύκλου (3D)
Εξίσωση συνέχειας: Εξισώσεις ισορροπίας κατά x και y: 1: οριζόντια μεταφορά 2: οριζόντια διασπορά 3: κατακόρυφη μεταφορά 4: επίδραση Coriolis 5: όροι κλίσης επιφάνειας 6: βαροκλινικοί όροι 7: κατακόρυφη διασπορά

7 Βασικές εξισώσεις εσωτερικού κύκλου (3D)
Ισορροπία θερμοκρασίας: Ισορροπία άλατος: Ισορροπία τυρβώδους κινητικής ενέργειας: 1: οριζόντια μεταφορά 2: οριζόντια διασπορά 3: κατακόρυφη μεταφορά 4: κατακόρυφη διασπορά 5: όροι πηγής 6: παραγωγή διάτμησης 7: παραγωγή άνωσης 8: καταστροφή άνωσης

8 Ροές διαμέσου της διεπιφάνειας αέρα-θάλασσας
Ισορροπία ταχύτητας Ισορροπία μάζας Ισορροπία άλατος Ισορροπία θερμότητας

9 Το αριθμητικό σχήμα leap-frog

10 Το ΡΟΜ στο σύστημα WaveForUs
Οριακές συνθήκες (MyOCean) στο γ.π ºΝ για: θερμοκρασία αλατότητα ΜΣΘ οριζόντιες ταχύτητες ΡΟΜ Θερμαϊκός Πεδίο 3: ºΕ & ºΝ dx=dy=1/60º [κάναβος:62x46] 16 σίγμα επίπεδα Ατμοσφαιρικά δεδομένα εισόδου (WRF-ARW) ταχύτητες ανέμου (10m) πίεση στη ΜΣΘ θερμοκρασία αέρα (2m) αθροιστικός υετός σχετική υγρασία αέρα (2m) ροές ακτινοβολίας μικρού μήκους κύματος ροές ακτινοβολίας μεγάλου μήκους κύματος ροές λανθάνουσας θερμότητας Ποτάμια ωριαίες τιμές παροχής νερού στο δέλτα: Αξιού Λουδία Αλιάκμονα δεδομένα με dx=1/16° και 12 επίπεδα σταθερού βήματος  γραμμική παρεμβολή κατά x και z στον κάναβο του πεδίου Αποτελέσματα 3ήμερης πρόγνωσης WaveForUs: 3διάστατα πεδία ταχύτητας ρεύματος, θερμοκρασίας και αλατότητας

11 Εκτίμηση παροχών ποταμών στο Θερμαϊκό
Σημαντική παρουσία υφάλμυρων νερών: ποταμοί Αξιός, Αλιάκμονας και Λουδίας Προβλήματα: Έλλειψη συστηματικών μετρήσεων στα ποτάμια και γενική δυσκολία εκτίμησης παροχών νερού σε επίπεδο τριήμερης πρόγνωσης

12 Εκτίμηση παροχών ποταμών στο Θερμαϊκό
Αλιάκμονας κερματισμένος και ελεγχόμενος από επτά μεγάλα φράγματα Αξιός διακρατικός, ανάντη στάθμη ελέγχεται από την ΠΓΔΜ Ετερογένεια Αδύνατη η εφαρμογή μοναδικής ολιστικής προσέγγισης Λύση τρεις ανεξάρτητες αλλά αλληλένδετες μεθοδολογίες εκτίμησης παροχών Λουδίας κύριο κανάλι αποστράγγισης πεδιάδας Θεσσαλονίκης

13 Εκτίμηση παροχών ποταμών στο Θερμαϊκό
Μετατροπή παραγωγής ρεύματος σε Ασώματα και Εδεσσαίο σε τιμές παροχής νερού Μετατροπή ανάντη στάθμης νερού Ελεούσας σε απορροή νερού Παροχές στο δέλτα του Αλιάκμονα Παροχές στο δέλτα του Αξιού Παροχές στο δέλτα του Λουδία Εκτίμηση χρήσης νερού για άρδευση και ύδρευση από Διαχειριστικά Σχέδια Λεκάνης Απορροής Δεδομένα ανάντη στάθμης νερού από τελεμετρικό σταθμό στο φράγμα στα σύνορα Ελλάδας-ΠΓΔΜ

14 Σύγκριση αποτελεσμάτων με δορυφορικά δεδομένα
Δείκτες Απόδοσης Μέση τιμή Θεσσαλονίκη Κεντρικός κ. Ανατολικός κ. Δυτικός κ. MAE±StDev [°C] 0.85±0.96 0.61±1.49 0.71±1.11 0.53±1.23 1.15±1.29 MAE ±StDev [%] 3.60±4.56% 1.67±7.15% 3.21±5.35% 1.47±6.79% 5.42±5.87% RMSE [°C] 1.28 1.59 1.31 1.33 1.73 R2 0.97 0.90 0.95 0.94 Willmott Skill (WS) 0.98

15 Σύγκριση αλατότητας και συγκέντρωσης Chl-a
Σχήμα: Επιφανειακή αλατότητα μοντέλου (α και γ) και δορυφορικά μετρημένες συγκεντρώσεις Chl-a (β και δ) [mg/m3] για τις 05/03 (πάνω) και 09/06 (κάτω) και σύγκριση τιμών αλατότητας με συγκεντρώσεις Chl-a στις εκβολές των δύο κύριων ποταμών, Αξιού και Αλιάκμονα (ε)

16 Προφίλ παραμέτρων από 3-ήμερη πρόγνωση 05/06

17 Σύγκριση 2 προσομοιώσεων:
Επίδραση των ποταμών στην κυκλοφορία Σύγκριση 2 προσομοιώσεων: Χωρίς παροχές ποταμών Με παροχές ποταμών γενική μείωση της επιφανειακής αλατότητας στον κόλπο, μεταξύ 0.2 and 1.2 (μέση τιμή: 0.5±0.23) η τοπική επίδραση κοντά στις εκβολές είναι σημαντικά μεγαλύτερη με μείωση της επιφανειακής αλατότητας της τάξης των -16.4±9.6 και ±9.6 για τον Αξιό και τον Αλιάκμονα, αντίστοιχα

18 Σύγκριση 2 προσομοιώσεων:
Επίδραση των ποταμών στην κυκλοφορία Σύγκριση 2 προσομοιώσεων: Χωρίς παροχές ποταμών Με παροχές ποταμών μεταβολή της επιφανειακής ταχύτητας ρεύματος στον κόλπο, μεταξύ -4 and +8cm/s (μέση τιμή: 2±2cm/s) η τοπική επίδραση κοντά στις εκβολές είναι σημαντικά μεγαλύτερη με αύξηση του επιφανειακού ρεύματος της τάξης των 5±8cm/s και 6±8cm/s για τον Αξιό και τον Αλιάκμονα, αντίστοιχα

19 Προοπτικές προγνώσεων κυκλοφορίας WaveForUs
Θα συνεχίσουν οι προσπάθειες βελτίωσης των παρεχόμενων προγνώσεων: σύγκριση με διαθέσιμες μετρήσεις (δορυφορικές/επιτόπου) σύγκριση με άλλα επιχειρησιακά μοντέλα (π.χ. ΠΟΣΕΙΔΩΝ) αναβάθμιση των οριακών συνθηκών από το σύστημα MyOcean από μέσες ημερήσιες τιμές σε ωριαίες παροχή προφίλ παραμέτρων με το βάθος σε θέσεις ενδιαφέροντος και στην ιστοσελίδα

20 Oceanography and Coastal Engineering group, AUTh
Εργαστήριο Θαλάσσιας Τεχνικής και Θαλασσίων Έργων Τομέας Υδραυλικής και Τεχνικής Περιβάλλοντος Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Α.Π.Θ. Oceanography and Coastal Engineering group, AUTh