Περιγραφή προγνωστικών μοντέλων

 

 


Το Σύστημα Πρόγνωσης Καιρού ΠΟΣΕΙΔΩΝ


Ανάπτυξη και εφαρμογή: ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε., Ομάδα Ατμοσφαιρικών Μοντέλων και Πρόγνωσης Καιρού του Πανεπιστημίου Αθηνών
Επιστημονικός υπεύθυνος: Δρ. Αναστάσιος Παπαδόπουλος


Το σύστημα πρόγνωσης καιρού ΠΟΣΕΙΔΩΝ αναπτύχθηκε την περίοδο 1997-2000 στα πλαίσια του προγράμματος ΠΟΣΕΙΔΩΝ-Ι. Ο πρωταρχικός στόχος ήταν ο σχεδιασμός ενός αξιόπιστου και υπολογιστικά αποτελεσματικού συστήματος για τη δημιουργία υψηλής ακρίβειας δεδομένων, ιδιαίτερα χρήσιμων για την πρόγνωση των τοπικών ατμοσφαιρικών συνθηκών καθώς και για την τροφοδοσία των προγνωστικών κυματικών και υδροδυναμικών μοντέλων καθώς και του προγνωστικού μοντέλου οικοσυστήματος του συστήματος ΠΟΣΕΙΔΩΝ με αναλυτικά πεδία επιφανειακών ροών ορμής, υγρασίας, θερμότητας, ακτινοβολίας (μικρού και μεγάλου μήκους κύματος) και βροχόπτωσης. Το σύστημα πρόγνωσης καιρού με τη δυνατότητα της λειτουργίας των επάλληλων πλεγμάτων (Papadopoulos et al., 2002) είναι επιχειρησιακό από τον Οκτώβριο 1999 παρέχοντας τριήμερες (72 ώρες) προγνώσεις καιρού για δύο διαφορετικές περιοχές με διαφορετική ευκρίνεια (1/10°x1/10° - (10χλμ) και 1/4°x1/4° - (25 χλμ) ). Το αραιό πλέγμα καλύπτει το μεγαλύτερο μέρος της Ευρώπης, της Μεσογείου και της Βόρειας Αφρικής, ενώ το πυκνό πλέγμα καλύπτει την Ανατολική Μεσόγειο. Η κεντρική συνιστώσα του συστήματος είναι το σύστημα SKIRON/Eta (Kallos et al., 1997), το οποίο είναι μια τροποποιημένη έκδοση του ατμοσφαιρικού μοντέλου Eta/NCEP και είναι συζευγμένο με ένα μοντέλο πρόγνωσης του κύκλου της εδαφικής σκόνης στην ατμόσφαιρα (Nickovic at al., 2001).

Στη διάρκεια της επιχειρησιακής λειτουργίας του συστήματος πραγματοποιήθηκαν διάφορες βελτιώσεις/τροποποιήσεις. Όμως, στα πλαίσια του προγράμματος ΠΟΣΕΙΔΩΝ-ΙΙ (2005-2008) και σε συνεργασία με την Ομάδα Ατμοσφαιρικών Μοντέλων και Πρόγνωσης Καιρού του Πανεπιστημίου Αθηνών επιτεύχθηκε η σημαντικότερη αναβάθμιση του συστήματος, στην οποία συμπεριλαμβάνονται: (α) η εγκατάσταση της τελευταίας μη υδροστατικής έκδοσης του ατμοσφαιρικού μοντέλου SKIRON/Eta (Janjic et al., 2001), (β) η ανάπτυξη μοντέρνων σχημάτων παραμετροποίησης των κύριων φάσεων του κύκλου ζωής της εδαφικής σκόνης για την εκτίμηση των διεργασιών παραγωγής, διάχυσης, μεταφοράς και εναπόθεσης λαμβάνοντας υπόψη την κατανομή διαφορετικών μεγεθών σωματιδίων σκόνης (Kallos et al., 2006), (γ) η εφαρμογή ενός τρισδιάστατου πακέτου αφομοίωσης δεδομένων, του Local Analysis Prediction System (LAPS), για την δημιουργία πεδίων ανάλυσης υψηλής ευκρίνειας. Το σύστημα LAPS χρησιμοποιεί τα GFS/NCEP πεδία ανάλυσης παγκόσμιας κάλυψης με ευκρίνεια 1/2°x1/2° (~ 55 χλμ) προκειμένου να δημιουργήσει τρισδιάστατα πεδία πρώτης εκτίμησης, στη συνέχεια ενσωματώνει όλες τις διαθέσιμες επιφανειακές και ανώτερης ατμόσφαιρας παρατηρήσεις πραγματικού χρόνου, και τελικά παράγει πεδία ανάλυσης υψηλής ευκρίνειας (περίπου 15 χλμ) που χρησιμοποιούνται για τον καθορισμό των αρχικών συνθηκών του ατμοσφαιρικού μοντέλου. Για τις πλευρικές συνθήκες χρησιμοποιούνται τα προγνωστικά πεδία GFS/NCEP που είναι διαθέσιμα ανά 3 ώρες και σε ανάλυση 1/2°x1/2°.

Το σύστημα πρόγνωσης καιρού ΠΟΣΕΙΔΩΝ-ΙΙ (Papadopoulos et al., 2008) λειτουργεί επιχειρησιακά από το Δεκέμβριο 2007 και εφαρμόζεται με οριζόντια ανάλυση 1/20°x1/20° (~5 km) σε μια εκτεταμένη περιοχή που καλύπτει την ευρύτερη περιοχή της Μεσόγειου, της Μαύρης Θάλασσας και μεγάλο μέρος της Βόρειας Αφρικής και της Ασίας. Στο κατακόρυφο χρησιμοποιούνται 50 επίπεδα που επεκτείνονται μέχρι το ύψος των 25 mb (~25 km). Επίσης χρησιμοποιούνται από το NCEP δεδομένα ανάλυσης υψηλής ευκρίνειας (1/2°x1/2°) για τον υπολογισμό της θερμοκρασίας της επιφάνειας της θάλασσας, του πάχους χιονιού και της κάλυψης από πάγο. Η διάρκεια προσομοίωσης έχει επεκταθεί σε 120 ώρες (5 ημέρες).


Βιβλιογραφία


Janjic, Z.I., Gerrity J.P.Jr., & Nickovic, S., 2001. An Alternative Approach to Nonhydrostatic Modeling. Monthly Weather Review, 129: 1164-1178.

Kallos, G., S. Nickovic, A. Papadopoulos, D. Jovic, O. Kakaliagou, N. Misirlis, L. Boukas, N. Mimikou, G. Sakellaridis, J. Papageorgiou, E. Anadranistakis, and M. Manousakis, 1997, The regional weather forecasting system SKIRON: An overview, Proceedings of the International Symposium on Regional Weather Prediction on Parallel Computer Environments, 15-17 October 1997, Athens, Greece, 109-122.

Kallos, G., A. Papadopoulos, S. Nickovic, and P. Katsafados, 2006: “Trans-Atlantic North African dust transport: Model simulation”. Journal of Geophysical Research, 111, D09204, doi:10.1029/2005JD006207.

Nickovic, S., Kallos, G., Papadopoulos A. & Kakaliagou, O., 2001: A model for prediction of desert dust cycle in the atmosphere. Journal of Geophysical Research, 106: 18113-18129.

Papadopoulos, A., P. Katsafados, G. Kallos, and S. Nickovic, 2002. The weather forecasting system for POSEIDON-An overview. Global Atmosphere and Ocean System, 8 (2-3): 219-237.

Papadopoulos, A., P. Katsafados, E. Mavromatidis, and G. Kallos, 2008. Assessing the skill of the POSEIDON-II weather forecasting system. Abstracts books of the EuroGOOS 2008 conference.


Το υδροδυναμικό μοντέλο θαλάσσιας κυκλοφορίας για την Μεσόγειο


Ανάπτυξη και εφαρμογή: ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε.
Επιστημονικός υπεύθυνος: Δρ. Γεράσιμος Κορρές


Το προγνωστικό υδροδυναμικό μοντέλο της Μεσογείου έχει βασιστεί στην εφαρμογή του αριθμητικού μοντέλου POM σε πλέγμα οριζόντιας ανάλυσης 1/10° και 24 κατακόρυφων σ-επιπέδων στην περιοχή της Μεσογείου (Korres et al., 2008) μαζί με ένα σχήμα αφομοίωσης δεδομένων βασισμένο στο φίλτρο SEEK (Singular Evolutive Extended Kalman, Pham et al., 1998; Hoteit et al., 2005). To SEEK είναι ένα φίλτρο Kalman που χρησιμοποιεί πίνακες συνδιακύμανσης σφάλματος χαμηλής τάξης προκειμένου να επιτύχει την μείωση του υπολογιστικού φορτίου που συνεπάγεται ένα φίλτρο Kalman. Επιπλέον το φίλτρο χρησιμοποιεί χωρικές συνδιακυμάνσεις σφάλματος και εξελίσσει χρονικά ένα υποσύνολο των διευθύνσεων διόρθωσης. Το σχήμα αφομοίωσης δεδομένων χρησιμοποιείται σε εβδομαδιαία βάση για την διόρθωση της προγνωστικής ικανότητας του μοντέλου. Τα δεδομένα που χρησιμοποιούνται στην εφαρμογή του σχήματος αφομοίωσης είναι πολύ-παραμετρικά και περιλαμβάνουν δορυφορικά δεδομένα ανύψωσης της θαλάσσιας στάθμης και επιφανειακής θερμοκρασίας, δεδομένα θερμοκρασίας και αλατότητας από το δίκτυο MEDARGO καθώς και δεδομένα από βαθυθερμογράφους (XBT).

Για την καθημερινή προγνωστική εφαρμογή του μοντέλου χρησιμοποιούνται ωριαία ατμοσφαιρικά δεδομένα από το σύστημα πρόγνωσης καιρού του ΕΛΚΕΘΕ το οποίο βασίζεται στο μη υδροστατικό μοντέλο ΕΤΑ, οριζόντιας χωρικής ανάλυσης 1/20°. Το υδροδυναμικό μοντέλο της Μεσογείου παράγει καθημερινά πενθήμερες προγνώσεις, ενώ επίσης τροφοδοτεί με αρχικές και οριακές συνθήκες την υδροδυναμική εφαρμογή του POM στην περιοχή του Αιγαίου (οριζόντια ανάλυση 1/30°).


Βιβλιογραφία


Hoteit, I., G. Korres and G.Triantafyllou, 2005. Comparison of Extended and Ensemble based Kalman filters with low and high resolution primitive equation ocean models. Nonlinear Processes in Geophysics, 12, 755-765.

Korres, G., K. Nittis, I. Hoteit and G. Triantafyllou, 2008. A high resolution data assimilation system for the Aegean Sea hydrodynamics. J. Mar. Syst. (in press).

Korres, G., K. Tsiaras, K. Nittis, G. Triantafyllou and I. Hoteit. The POSEIDON-II system: Forecasting at the Mediterranean scale. 5th EuroGoos Conference. Exeter, UK, May 20-22, 2008.

Pham, D., Verron, J., Roubaud, M.C., 1998. A singular evolutive extended Kalman filter for data assimilation in oceanography. J. Mar. Syst. 16 (3-4), 323-340.


Το υδροδυναμικό μοντέλο του Αιγαίου


Ανάπτυξη και εφαρμογή: ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε.
Επιστημονικός υπεύθυνος: Δρ. Γεράσιμος Κορρές


Το υδροδυναμικό μοντέλο του Αιγαίου βασίζεται στο ωκεανογραφικό μοντέλο του Princeton (Princeton Ocean model-POM) και αναπτύχθηκε αρχικά για τις ανάγκες του ΠΟΣΕΙΔΩΝΑ-Ι (Nittis et al., 2006 ; Korres et al., 2002). Το ΡΟΜ είναι ένα τρισδιάστατο μοντέλο πρωτογενών εξισώσεων του οποίου οι βασικές παραδοχές είναι η υδροστατική ισορροπία και η προσέγγιση κατά Boussinesq. Οι εξισώσεις του μοντέλου είναι γραμμένες σε σ-συντεταγμένες και επιλύονται με την χρήση κεντρικών πεπερασμένων διαφορών δευτέρου βαθμού σε ένα πλέγμα “Arakawa C” σε ένα αριθμητικό σχήμα που διατηρεί την μάζα και την ενέργεια.

Το πλέγμα επίλυσης του μοντέλου καλύπτει την γεωγραφική περιοχή μεταξύ 19.5°Α–30°Α και 30.4°Β–41°Β, η οριζόντια ανάλυση του είναι 1/30° ενώ στην κατακόρυφο υπάρχουν 24 σ-επίπεδα με λογαριθμική κατανομή κοντά στην επιφάνεια και τον πυθμένα. Στο μοντέλο περιλαμβάνονται μέσω παραμετροποίησης οι κύριοι ποταμοί της Ελλάδας (Αξιός, Αλιάκμονας, Νέστος, Έβρος) ενώ οι ανταλλαγές με τα Δαρδανέλλια προσεγγίζονται μέσω της τεχνικής των ανοιχτών οριακών συνθηκών. Το μοντέλο του Αιγαίου χρησιμοποιεί ως επιφανειακές οριακές συνθήκες τα δεδομένα από το υψηλής ανάλυσης (1/20°) ατμοσφαιρικό μοντέλο του ΠΟΣΕΙΔΩΝΑ και παράγει προγνώσεις για τις επόμενες πέντε ημέρες.


Διαδικασία σύζευξης επάλληλων πλεγμάτων (Nesting procedures)


Οι οριακές συνθήκες στο ανοικτό δυτικό και ανατολικό όριο του μοντέλου του Αιγαίου δίνονται από

1) Το υδροδυναμικό μοντέλο της Μεσογείου του ΠΟΣΕΙΔΩΝΑ, το οποίο επιλύεται σε πλέγμα με οριζόντια ανάλυση 1/10° και 24 σ-επίπεδα στην κατακόρυφο σε ωριαία βάση (Έκδοση-I του προγνωστικού συστήματος).

2) Το προγνωστικό ωκεανογραφικό σύστημα της Μεσογείου (MFS, GNOO-INGV) το οποίο καλύπτει ολόκληρη τη Μεσόγειο σε πλέγμα οριζόντιας ανάλυσης 1/16° και 72 επιπέδων στην κατακόρυφο σε ημερήσια βάση (Έκδοση-II του προγνωστικού συστήματος) .

Για την διαδικασία σύζευξης των δύο μοντέλων χρησιμοποιούνται η βόρεια-νότια και ανατολική-δυτική συνιστώσα των βαροτροπικών και βαροκλινικών ταχυτήτων, οι κατανομές θερμοκρασίας και αλατότητας και η ανύψωση της ελεύθερης επιφάνειας (Korres and Lascaratos, 2003). Επιπλέον, η συνθήκη διατήρησης του όγκου ανάμεσα στα δύο μοντέλα εφαρμόζεται και στα δύο ανοιχτά όρια του μοντέλου.


Αρχικές συνθήκες


Οι αρχικές συνθήκες του μοντέλου του Αιγαίου υπολογίζονται με τεχνικές τρισδιάστατης αντικειμενικής ανάλυσης από το μοντέλο της Μεσογείου του ΕΛΚΕΘΕ  (Αιγαίο – Έκδοση I) ή το μοντέλο του MFS OGCM (Αιγαίο – Έκδοση II) σε εβδομαδιαία βάση. Για την απόσβεση του θορύβου που είναι πιθανό να εμφανιστεί στις αρχικές συνθήκες εξαιτίας του τρόπου υπολογισμού τους χρησιμοποιούνται κατάλληλες τεχνικές ελαχιστοποίησης θορύβου ειδικά στο βαροτροπικό πεδίο της ανάλυσης (Variational Initialization methods - VIFOP Auclair et al, 2000).

Τα βασικά χαρακτηριστικά του συστήματος συνοψίζονται παρακάτω:


Έκδοση I/II
Δυνατότητες 3D, πρωτογενείς εξισώσεις, πεπερασμένες διαφορές, ελεύθερη επιφάνεια (βασισμένο στο μοντέλο POM)
Περιοχή επίλυσης Αιγαίο (19.5°E -30°E; 30.4°N-41°N)
Σύστημα συντεταγμένων Ορθογώνιο –Γεωγραφική προβολή WGS84
Οριζόντια ανάλυση πλέγματος 1/30°×1/30°. Σύζευξη με το μοντέλο της Μεσογείου (POSEIDON ή MFS)
Κατακόρυφο σύστημα συντεταγμένων σ-συντεταγμένες
Αριθμός επιπέδων στην κατακόρυφο 25 επίπεδα με λογαριθμική κατανομή κοντά στην επιφάνεια και το πυθμένα
Συνθήκες στο ανοιχτό όριο Σε περίπτωση εξόδου οι παράμετροι θερμοκρασίας και αλατότητας διαχέονται προς τα έξω ενώ σε περίπτωση εισόδου οι συνθήκες θερμοκρασίας και αλατότητας λαμβάνονται από το μοντέλο της Μεσογείου. Οι βαροκλινικές ταχύτητες καθορίζονται απευθείας από το μοντέλο της Μεσογείου. Συνθήκη μηδενικής βάθμωσης για την ανύψωση της ελεύθερης επιφάνειας.


 Διαδικασία δημιουργίας ενός νέου προγνωστικού κύκλου


Πηγή δεδομένων

Μοντέλο Μεσογείου (POSEIDON ή MFS)

Μέθοδος δημιουργίας αρχικών δεδομένων

Variational initialization method (VIFOP)


Ατμοσφαιρικά δεδομένα


Πηγή

Μη υδροστατικό μοντέλο ΠΟΣΕΙΔΩΝΑ

Οριζόντια ανάλυση

1/20° × 1/20°

Παράμετροι

Ταχύτητα ανέμου στα 10μ., θερμοκρασία αέρα στα 2μ.,σχετική υγρασία, ακτινοβολία μικρού μήκους κύματος, εισερχόμενη ακτινοβολία μεγάλου μήκους κύματος, βροχόπτωση

Συχνότητα

Ωριαίες τιμές


Απορροές ποταμών


Πηγή

Κλιματολογικά δεδομένα για την παροχή των κύριων ποταμών της Ελλάδας.

Συχνότητα

Μηνιαίες τιμές


Βιβλιογραφία


Auclair F., Casitas, S., Marsaleix, P., 2000. Application of an inverse method to coastal modeling. J. Atmos. Oceanic Technol., 17, 1368-1391.

Korres, G., A.Lascaratos, E. Hatziapostolou and P.Katsafados, 2002. Towards an Ocean Forecasting System for the Aegean Sea. The Global Atmosphere and Ocean System, Vol. 8, No. 2-3, 191-218.

Korres, G., and A. Lascaratos, 2003. A οne-way nested eddy resolving model of the Aegean and Levantine basins: Implementation and climatological runs. Analles Geophysicae, MFSPP – Part I Special Issue, 21, 205-220.

Nittis, K., L.Perivoliotis, G.Korres, C.Tziavos and I.Thanos, 2006. Operational monitoring and forecasting for marine environmental applications in the Aegean Sea.


Το σύστημα πρόγνωσης κυματισμού που βασίζεται στο μοντέλο WAM


Ανάπτυξη και εφαρμογή: ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε.
Επιστημονικός υπεύθυνος: Δρ. Γεράσιμος Κορρές


Το προγνωστικό σύστημα κυματισμού αποτελείται από δύο επαλλήλως συζευγμένα (nested), ένα με πιο αδρό (coarse) πλέγμα που καλύπτει ολόκληρη τη Μεσόγειο με χωρική ανάλυση 0.1°×0.1° και ένα με υψηλότερη χωρική ανάλυση που καλύπτει την περιοχή του Αιγαίου . Το μοντέλο του Αιγαίου εφαρμόζεται σε πλέγμα οριζόντιας ανάλυσης 1/30° ×1/30°, η γεωγραφική περιοχή κάλυψης του εκτείνεται μεταξύ 30.4° και 41°Β και μεταξύ 19.5°Α and 30°Α, ενώ σε κάθε σημείο του πλέγματος γίνεται επίλυση του κυματικού φάσματος σε 24 διευθύνσεις και 30 διακριτές συχνότητες (0.05Hz->0.79316Hz). Και τα δύο μοντέλα βασίζονται στον κώδικα του WAM Cycle-4 που αποτελεί κυματικό μοντέλο τρίτης γενιάς, το οποίο ήταν το πρώτο αριθμητικό μοντέλο (ακολούθησαν το SWAN και το WAVEWATCH-III) στο οποίο επιλύθηκαν πλήρως οι εξισώσεις κυματικής ενέργειας περιλαμβάνοντας την μη γραμμική αλληλεπίδραση μεταξύ των κυμάτων. Το μοντέλο WAM μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για παράκτιες εφαρμογές όσο και για εφαρμογές ανοικτής θάλασσας, ενώ έχει την δυνατότητα υπολογισμού της κυματικής διάθλασης εξαιτίας της αλληλεπίδρασης με τα θαλάσσια ρεύματα και το βυθό. Τα παρακάτω βασικά στοιχεία της φυσικής των κυμάτων περιλαμβάνονται στο κώδικα του WAM:

  • Διάδοση των κυμάτων στο χρόνο και το χώρο

  • Δημιουργία κυματισμού εξαιτίας της επίδρασης του ανέμου

  • Διάθλαση και θραύση εξαιτίας της βαθυμετρίας

  • Διάθλαση και θραύση εξαιτίας των θαλασσίων ρευμάτων

  • Θραύση κυματισμών

  • Επίδραση τριβής βυθού

  • Κυματικές αλληλεπιδράσεις τετράδας

Το σύστημα κυματικών προγνώσεων παράγει προγνώσεις για τις επόμενες 5 ημέρες κάνοντας χρήση των προγνωστικών ανέμων σε ωριαία βάση που παράγει το σύστημα πρόγνωσης καιρού του ΠΟΣΕΙΔΩΝΑ.


Το σύστημα πρόγνωσης κυματισμού που βασίζεται στο μοντέλο WAVEWATCH


Ανάπτυξη και εφαρμογή: ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε.
Επιστημονικός υπεύθυνος: Δρ. Γεράσιμος Κορρές


Το σύστημα πρόγνωσης κυματισμού που βασίζεται στο WAVEWATCH πρόκειται για μια εφαρμογή του μοντέλου στην περιοχή της Μεσογείου και της Μαύρης θάλασσας σε πλέγμα οριζόντιας ανάλυσης 1/20°×1/20°. Το κυματικό φάσμα υπολογίζεται σε κάθε σημείο του μοντέλου σε 24 κατευθύνσεις και 30 διακριτές συχνότητες (0.05Hz->0.79316Hz). Το αριθμητικό μοντέλο είναι βασισμένο στην έκδοση V2.22 του WAVEWATCH (Tolman 2002). To WAVEWATCH III περιλαμβάνει την διάθλαση του κυματικού πεδίου εξαιτίας των χρονικών και χωρικών μεταβολών του μέσου βάθους και επιλεκτικά της μέσης θαλάσσιας κυκλοφορίας. Ο κώδικας του μοντέλου περιλαμβάνει επίσης τους όρους της ενίσχυσης και απόσβεσης του κυματισμού λόγω της δράσης του ανέμου, τις μη γραμμικές επιδράσεις καθώς και τους όρους σκέδασης και τριβής με το υπόστρωμα του βυθού.

Το κυματικό σύστημα παράγει καθημερινά προγνώσεις για τις επόμενες 5 ημέρες χρησιμοποιώντας ωριαίες τιμές ανέμου από το σύστημα πρόγνωσης καιρού του ΠΟΣΕΙΔΩΝΑ.


Βιβλιογραφία


Tolman, 2002: User manual and system documentation of WAVEWATCH-III version 2.22. NOAA / NWS / NCEP / MMAB Technical Note 222, 133 pp.


Μοντέλο πρόγνωσης οικοσυστήματος


Ανάπτυξη και εφαρμογή: ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε.
Επιστημονικός υπεύθυνος: Δρ. Γιώργος Τριανταφύλλου


Το σύστημα οικολογικής προσομοίωσης του ΠΟΣΕΙΔΩΝΑ αποτελείται από δύο αριθμητικά μοντέλα, συζευγμένα σε πραγματικό χρόνο: το υδροδυναμικό μοντέλο, που έχει βασιστεί στο Princeton Ocean Model (POM) (Blumberg and Mellor, 1978) και εφαρμόζεται στην περιοχή της Μεσογείου με οριζόντια ανάλυση 1/100 και κατακόρυφη 24 σ-επίπεδων, και ένα βιογεωχημικό μοντέλο κατώτερου τροφικού επιπέδου, το οποίο βασίζεται στο European Regional Seas Ecosystem Model (ERSEM, Baretta et al., 1995; Blackford et al., 2004; Petihakis et al. 2002). Ένα σχήμα αφομοίωσης δεδομένων εφαρμόζεται σε εβδομαδιαία βάση στις φυσικές παραμέτρους (Korres et al., 2008), ενώ για την μεταφορά των βιολογικών μεταβλητών χρησιμοποιείται ένα συντηρητικό σχήμα δεύτερης τάξης (Lin et al., 1994).

Αποδίδοντας τα βασικότερα χαρακτηριστικά του οικοσυστήματος της Μεσογείου, το οικολογικό μοντέλο περιλαμβάνει τρεις κύριες λειτουργικές ομάδες (πρωτογενείς παραγωγοί, θηρευτές και αποικοδομητές), δίνοντας τη δυνατότητα περιγραφής των κυριότερων διεργασιών που αφορούν στον κύκλο του άνθρακα, με κάθε ομάδα να υποδιαιρείται σε επιμέρους υποομάδες με βάση το μέγεθος ή/και τη μέθοδο τροφοληψίας, δημιουργώντας ένα πλέγμα δέκα μεταβλητών. Τέσσερεις από αυτές ανήκουν στο φυτοπλανκτόν (διάτομα, νανοπλανκτόν, πικοπλανκτόν, δινομαστιγωτά), τρεις στους θηρευτές (μεσοζοοπλανκτόν, μικροζοοπλανκτόν, ετερότροφα δινομαστιγωτά), μία στους αποικοδομητές (βακτήρια), ενώ δύο αντιπροσωπεύουν την νεκρή οργανική ύλη (σωματιδιακή και διαλυτή). Η ροή του άνθρακα στο πλέγμα του μοντέλου καθορίζεται από διεργασίες που συνδέονται τόσο με την φυσιολογία όσο και με τον πληθυσμό κάθε ομάδας, όπως η ανάπτυξη, η αναπνοή, η απέκκριση, η θνησιμότητα, η θήρευση κλπ., ενώ η δυναμική των θρεπτικών αλάτων συνδέεται με αυτή του άνθρακα μέσα από ένα σχήμα μεταβλητού λόγου C:N:P:Si των διαφόρων ομάδων.

Για την δημιουργία των αρχικών πεδίων θρεπτικών αλάτων στο πλέγμα του μοντέλου, χρησιμοποιήθηκε η κλιματολογία Medatlas 2002 (http://www.ifremer.fr/medar/). Οι εισροές από τα κυριότερα ποτάμια της Μεσογείου (Πάδος(Po), Ροδανός (Rhone), Έβρος (Ebro), Νείλος (Nile)) και του Β. Αιγαίου (Αξιός, Στρυμώνας, Νέστος, Έβρος, Πηνειός) περιγράφονται στο μοντέλο με βάση δεδομένα από το πρόγραμμα EU-SESAME (θρεπτικά άλατα) και διαθέσιμα δεδομένα από τη βιβλιογραφία ((Moutin et al., 1998, για τον Ροδανό ποταμό; Degobbis et al., 1990, για τον Πάδο; Skoulikidis et al., 1993, για το Β.Αιγαίο). Για τα νερά της Μαύρης Θάλασσας που εισέρχονται από τα στενά των Δαρδανελίων υιοθετούνται μέσες εποχιακές συγκεντρώσεις για τα θρεπτικά άλατα (Tugrul el a., 2002) και μέσες ετήσιες συγκεντρώσεις για την διαλυτή αργανική ύλη (Polat et al. 1996).

 

Βιβλιογραφία


Baretta, J.W., W. Ebenhoh and P. Ruardij. The European regional seas ecosystem model, a complex marine ecosystem model, Netherlands Journal of Sea Research, 33, (1995), 233-246.

Blackford, J.C., J,I,Allen, F.J. Gilbert, (2004). Ecosystem dynamics at six contrasting sites: a generic modelling study. Journal of Marine Systems, 52, 191-215.

Blumberg, A.F. and Mellor, G.L., 1978. A Coastal Ocean Numerical Model. In: J. Sunderman and K. Holtz (Editor), Mathematical Modelling of Estuarine Physics. Proceedings of the International Symposium. Springer-Verlag Berlin, Hamburg, pp. 203-214.

Degobbis, D., and M. Gilmartin. 1990. Nitrogen, phosphorus, and biogenic silicon budgets for the northern Adriatic Sea. Oceanologica Acta 13: 31-45.

Korres, G., K. Nittis, I. Hoteit and G. Triantafyllou, 2008. A high resolution data assimilation system for the Aegean Sea hydrodynamics. J. Mar. Syst. (in press).

Lin, S.J., W.C. Chao, Y.C. Sud, and G.K. Walker, 1994. A Class of the van Leer type transport schemes and its application to the moisture transport in a general circulation model, Mon. Wea. Rev., 122, 1575-1593.

Moutin T., P. Raimbault, H. L. Golterman and G. Coste, 1998. The input of nutrients by the Rhone into the Mediterranean Sea: recent observations and comparison with earlier data, Hydrobiologia 373/374, 237-246.

Petihakis, G., G. Triantafyllou, I.J. Allen, I. Hoteit, C. Dounas, Modelling the spatial and temporal variability of the Cretan Sea ecosystem, Journal of Marine Systems 36 (3-4) (2002) pp. 173-196.

Polat C. and S. Tugrul, (1996). Chemical exchange between the Mediterranean and Black Sea via the Turkish straits. CIESM Science Series No.2, Bull. De l'Institut Oceanog., 17, 167-186.

Skoulikidis, N.T., (1993). Significance evaluation of factors controlling river water composition, Env. Geo., 22, 178-185.

Tugrul, S., S.T. Besiktepe and I. Salihoglou, (2002). Nutrient exchange fluxes between the Aegean and Black Seas through the Marmara Sea, Med. Mar. Sci., 3/1, 33-42.


Μοντέλο διασποράς και γήρανσης του πετρελαίου


Ανάπτυξη και εφαρμογή: ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε.
Επιστημονικός υπεύθυνος: Λεωνίδας Περιβολιώτης


Το μοντέλο πρόγνωσης και διασποράς πετρελαιοκηλίδων του ΠΟΣΕΙΔΩΝΑ βασίζεται στο μοντέλο PARCEL (Pollani et al., 2001), το οποίο έχει την ικανότητα προσομοίωσης τόσο της μεταφοράς του πετρελαίου όσο και του χημικού μετασχηματισμού του στο θαλάσσιο περιβάλλον. Η πετρελαιοκηλίδα αναπαριστάται στο μοντέλο από ένα σύνολο σημείων (parcels) τα οποία έχουν μεταβαλλόμενη φυσικο-χημική συμπεριφορά. Για τον υπολογισμό της τριδιάσταστης κίνησης του πετρελαίου χρησιμοποιούνται τα αποτελέσματα από τα προγνωστικά μοντέλα καιρού, κυματισμού και υδροδυναμικής του συστήματος ΠΟΣΕΙΔΩΝ.

Οι βασικές διεργασίες που προσομοιάζονται από το μοντέλο διασποράς και γήρανσης του πετρελαίου είναι οι ακόλουθες:

  • Η εξάτμιση (μεταφορά του πετρελαίου από την θαλάσσια επιφάνεια στην ατμόσφαιρα) η οποία επηρεάζει τα ελαφρότερα κλάσματα των υδρογονανθράκων και έχει ως αποτέλεσμα την απώλεια του 20-40% του συνολικού όγκου σε μερικές ώρες. Η εξάτμιση εξαρτάται από την έκταση και το πάχος του πετρελαίου στην θαλάσσια επιφάνεια, την πίεση των κεκορεσμένων υδρατμών, την ταχύτητα του ανέμου και την θερμοκρασία του αέρα. Η προσομοίωση της εξάτμισης στο μοντέλο βασίζεται στους αλγόριθμους των Stiver and MacKay (1984) και Stiver et al. (1989).
  • Η γαλακτωματοποίηση, διαδικασία η οποία αφορά την ανάμιξη του νερού με τα βαρύτερα κλάσματα του πετρελαίου και η οποία εξαρτάται από τις ανεμολογικές και κυματικές συνθήκες που επικρατούν στην περιοχή καθώς και από τα χαρακτηριστικά της κηλίδας (πάχος, βαθμός γήρανσης). Η προσέγγιση που χρησιμοποιείται στο αριθμητικό μοντέλο βασίζεται στην εργασία του Riemsdijk van Eldik et al. (1986).
  • Η διαδικασία απόθεσης του πετρελαίου στο βυθό της θάλασσας καθώς και στις ακτές προσομοιάζεται στο μοντέλο με βάση τον αλγόριθμο του Gundlach (1987) και εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον τύπο της παραλίας (βραχώδης, αμμώδης κλπ.).

Το μοντέλο διασποράς του ΠΟΣΕΙΔΩΝΑ (POSEIDON OSM) αναπτύχθηκε και εγκαταστάθηκε κατά την διάρκεια του ΠΟΣΕΙΔΩΝΑ-Ι αλλά η ανάπτυξη και η αναβάθμιση του συνεχίστηκε κατά την διάρκεια των προγραμμάτων ROSES (2003-2004) και MARCOAST (2005-2008) τα οποία χρηματοδοτήθηκαν από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA) (Perivoliotis et. al., 2006). Το μοντέλο διασποράς πετρελαιοκηλίδων του ΠΟΣΕΙΔΩΝΑ αποτέλεσε την προγνωστική συνιστώσα του ολοκληρωμένου συστήματος εντοπισμού και πρόγνωσης πετρελαιοκηλίδων που εφαρμόστηκε στην περιοχή του Αιγαίου στα πλαίσια του προγράμματος MARCOAST τα έτη 2006 και 2007.

Βιβλιογραφία


Gundlach E.R. (1987): Oil holding capacities and removal coefficients for different shoreline types to compute simulate spills in coastal waters, Proc. Oil Spill Conf., 1987, pp. 451-457.

Janjic, Z.I. (1994) The Step-mountain Eta Coordinate Model: Further Developments of the Convection, Viscous Sublayer and Turbulence Closure Schemes. Monthly Weather Review, 122, 927-945.

Pollani A., G.Triantafyllou, G.Petihakis , K.Nittis, K.Dounas and C.Koutitas, 2001. The POSEIDON Operational Tool for the Prediction of Floating Pollutant Transport, Marine Pollution Bulletin, Vol. 43/7-12, pp 270-278.

Perivoliotis L., K.Nittis, A.Charissi, “An integrated service for oil spill detection and forecasting in the marine environment”, European Operational Oceanography: Present and Future, Publication of the European Communities, ISBN- 92-894-9788-2, pp 381-387, 2006.

Riemsdijk van Eldik J., R.J. Ogilvie, W.W.Massie (1986): MS4: Marine spill simulation software set. Process descriptions. Dept. Civil Engineering, Delft Univ. of Technology, Delft, The Netherlands, 74p.

Stiver W. and D. Mackay (1984): Evaporation rate of spills of hydrocarbons and petroleum mixtures, Envir. Sci. Technology, 18, No 11.





 
Δεδομένα τελευταίας μετάδοσης
 
Πρόγνωση καιρού
 
 
 
Πρόβαση σε δεδομένα τελευταιας μετάδοσης
 
Πρόγνωση καιρού για την Ελλάδα
       
       
       

 


Το σύστημα ΠΟΣΕΙΔΩΝ χρηματοδοτείται από:



Το Μηχανισμό Χρηματοδότησης του Ευρωπαϊκού Οικονομικού Χώρου - EFTA & το ΥΠ.ΕΘ.Ο. 


Android


Ο Καιρός του Ποσειδώνα τώρα και σε Android


Cretaquarium


Επισκεφτείτε το θαλάσσιο κόσμο της Μεσογείου