Υδροδυναμικό

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:

 Διαδικασία δημιουργίας ενός νέου προγνωστικού κύκλου

Ατμοσφαιρικά δεδομένα

Απορροές ποταμών

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