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Willkommenbei

Nr. 22Weiße Weihnachten?Wettervorhersagen im Stresstest

MetGIS: 30.11.2010

Hochaufgelöste Wetterprognosenmit Schwerpunkt Neuschneevorhersagemit Schwerpunkt Neuschneevorhersage

Gerald SpreitzhoferR. Steinacker, S. Sperka, M. Ristic, Ch. Pehsl, u.a.

Institut für Meteorologie und GeophysikU i i ä WiUniversität Wien

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Übersicht

1. Einführung in MetGIS

2 Ent ickl ngsphasen2. Entwicklungsphasen

3. Praktische Anwendung der graphischen Nutzerschnittstelle

4. Weiterentwicklungen im Rahmen des FWF-Projekts

i l d i i l j k i5. Nationale und internationale Projekte in Zusammenhang mit MetGIS

MetGIS Grundlagen

MetGIS=

Meteorologisches und Geographisches Informationssystem

• Spezieller Fokus auf Schneeprognose

• Verbesserung der Prognosequalität durch die automatisierte Einbeziehung hochaufgelöster Geländedaten in den Prognoseprozess

Ei f h b di b Ben t erschnittstelle fü kti h

g g p y

• Einfach bedienbare Benutzerschnittstelle für praktische Anwender

• Internationale Anwendungsmöglichkeit durch Verwendung möglichst standardisierter Datenformate (geographische und meteorologische Daten)

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Komplexität der Entwicklungsarbeiten

Forschungsvorhaben setzt Interdisziplinarität und internationale Zusammenarbeit voraus:

Meteorologie GIS

HydrologieSoftwareEngineering

Schneephysik

…

Beiträge zur Entwicklung von MetGIS

Boulder, USAWSL/SLF

Wien, Österreich

Nagaoka, Japan

Alden/WELS

NIED/NISIS

IMG, Univ. Wien

Davos, Schweiz

Lima, Peru

SENAMHI

Santiago de Chile

Mendoza, ArgentinienDGF, Univ.de Chile

CRICYT/IANIGLA

SENAMHI

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Country/City Research Institution Contribution/Achievement

USA(Boulder, CO)

WELS Research Corporation/Alden Electronics

Basic ideas about combination between GIS and meteo forecast

Beiträge zur Entwicklung von MetGIS

Switzerland(Davos)

SLF (Swiss Federal Institute for Snow and Avalanche Research)

Java technology for GUIs, SNOWPACK visualization

Peru(Lima)

SENAMHI (Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología)

Start programming Java-based GIS

Japan(Nagaoka)

NIED/NISIS (National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention)

Continue GIS, Start programming interface for meteorological forecast models

Argentina(Mendoza)

IANIGLA (Instituto Argentino de Nivelogía y Glaciología)

Integration of SRTM terrain data

Chile(Santiago)

DGF (Departamento de Geofísica, Universidad de Chile)

MM5 forecast integration

Austria(Vienna)

IMG (Institute of Meteorology and Geophysics, University of Vienna)

Display of observation data, downscaling, GFS fc. integration

WeatherPro (“WELS-System”), USA

•Eines der ersten kombinierten meteorologisch-geographischen Informationssysteme

•Entwickelt vom Altösterreicher Prof. E. Reiter

•Im operationellen Betrieb 1991-2000 in USA, 1997-2000 in Europa (Lawinenwarndienste und Verkehrsleitzentralen, z.B. Wien, MA48)

WELS-Modell GUI(Graphische User Interface)

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Schweiz

Eidgenössisches Inst. für Schnee- und Lawinenforschung (SLF)•Schneedeckenmodell SNOWPACK + Visualisierungssoftware •Simulation der Schichtstruktur und Stabilität der Schneedecke

Japan

National Research Institute of Earth Science and Disaster Prevention (NIED)•Hochauflösendes Terrainmodell (50 m Auflösung)•Meteorologisches Modell der JMA (Japan Meteor. Agency)

Nagaoka

Tokyo

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MetGIS / Südamerika

Peru: Servicio Nacional de Meteorología (SENAMHI)Chile: Universidad de Chile, Departamento de Geofísica (DGF)Argentina: Instit. Argentino de Nivelogía y Glaciología (IANIGLA)

•Tuning von MetGIS mit unterschiedlichen

•Entwicklung der grundlegenden Struktur von MetGIS

mit unterschiedlichen Geländedatensätzen und meteorologischen Vorhersagemodellen(z.B. MM5, WRF)

MetGIS / Wien

Institut für Meteorologie und Geophysik, Universität Wien•ASFINAG/BMVIT-Projekt zur Verbesserung der Straßenwetterprognose (2005 – 2007)•Einbau europäischer geographischer Daten in MetGIS•Verbesserung des „Downscaling“ (Prognoseverfeinerung)

Straßennetz Ostösterreich Hangneigung Arlberggebiet

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Grundlegende Struktur von MetGIS

Meteorologisches VorhersagemodellDefault: GFS (Global Forecast Model) MetGIS

MetGIS-Downscaling•Verfeinerung meteorologischer Vorhersagen durch Integration mit Geländemodellen

MetGIS Java GUI (für Experten) K bi i Vi li i

MetGIS Weboberfläche (für Anwender)

MetGISMetGIS Geographische Datenbanken•Hochaufgelöstes Geländemodell•Vektordaten: Straßen, Flüsse, etc.

•Kombinierte Visualisierung von geographischen und meteorologischen Daten•Viele Parameter und Funktionen

•Angepasste Schnittstelle für Praktiker!

•Nur die wichtigsten, ausgewählten Funktionen werden dargestellt

Beispiele der MetGIS Java GUI (graphische Nutzerschnittstelle für Experten):

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MetGIS Java GUI:Straßennetz Wien, Prognose der Niederschlagsart

MetGIS Java GUI:Westkärnten,Neuschneeprognose

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MetGIS Java GUI:Ostösterreich,Windprognose (Kyrill)

MetGIS Java GUI:Innsbruck und Umgebung, Temperaturprognose

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MetGIS Java GUI:Mitteleuropa,Zoombeispiel Neuschnee

Auflösung: 6000m

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Auflösung: 2000m

Auflösung: 300m

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Auflösung: 100m

MetGIS Java GUI:Zoombeispiel für Fujiyama, JapanTemperatur

500 km

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-20 -25-15

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1 km

Crater of Mount Fuji-20 -25

MetGIS Weboberfläche (Prognoseabruf für den Anwender)

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MetGIS Weboberfläche

• Zugriff: http://univie.ac.at/amk/metgis

• Einfach bedienbare Oberfläche für praxisorientierte Anwender wie Verkehrsleitzentralen, Lawinenwarndienste

• 4 x täglich hochaufgelöste aktualisierte MetGIS Echtzeitprognosen für 48 Stunden, passwortgeschützt

• Niederschlagsart- und menge, Neuschnee, Schneefallgrenze und Temperatur, Wind (für vordefinierte Regionen)

• Vorhersagebeispiele für Europa, Japan, Südamerika

• Ausführliche Informationen über MetGIS

Demo MetGIS Web Interface

Start Demo

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FWF Projekt L696-N15FWF Projekt L696-N15(“Optimization of GIS-based Meteorological Forecast Systems)

Projektkategorie: Translational ResearchProjektkategorie: Translational Research

Schwerpunkte des FWF-Projekts

• Verbesserung der Prognose der Schneefallgrenze, von Niederschlag und Temperatur mit Hilfe typischer kleinräumiger topographiebdingter Musterkleinräumiger topographiebdingter Muster

• Möglichkeit, MetGIS mit verschiedenen meteorologischen Eingangsmodellen zu betreiben

• Räumlich hochaufgelöste Ensemblevorhersagen

• Verbesserung der Graphischen User Interface (Erhöhung der Nutzerfreundlichkeit, Punkt- und Linienvorhersagen, etc.)

• Laufende Verifikation der Vorhersagen

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Vienna Scientific Cluster

• Verwendet für MetGIS Berechnungen + WRF Modell• Gemeinsamer Großrechner von TU Wien BOKU und• Gemeinsamer Großrechner von TU Wien, BOKU und

Universität Wien• Schnellster Rechner Österreichs (35,5 Tflops)• 476 computing nodes (3986 cores)• Arbeitsspeicher: 11,5 TB

Arbeiten bzgl. Niederschlagsprognose

• Suche nach typischen Niederschlagsverteilungen beibestimmten Wetterlagen (z.B. NW-Staulage)

• WRF-Modellsimulationen weit in Vght.WRF Modellsimulationen weit in Vght.

WRFNiederschlags-simulation:9.-10.4.1949

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Prognose der Schneefallgrenze

• Beobachtet: Bei starken Niederschlägen sinkt die Schneefallgrenze inneralpin stärker als im Flachland

• Versuch, diesen Effekt in operationeller MetGIS-Prognose zu berücksichtigen

Prognose der Schneefallgrenze über Grund im Südwesten Österreichs mitAusgangsnullgradgrenze von 2000m über NN nach 15mm Niederschlag

Lienz

Villach

Verifikationsbeispiel (Temperatur)

Station: Rax (1546m)Zeitraum: Jan. - Okt. 2008

Vorhersagezeitraum +6h +12h +18h +24h +36h

Zahl der Prognosen 1207 1208 1209 1209 1212

% innerhalb 1 Grad 44.36 42.80 41.27 40.61 42.24

% innerhalb 2 Grad 76.39 76.16 74.11 73.04 73.76

% innerhalb 3 Grad 92.38 91.81 91.07 90.98 89.11

bias [in Grad] 0 62 0 58 0 52 0 50 0 46bias [in Grad] -0.62 -0.58 -0.52 -0.50 -0.46

Mittlerer absoluter Fehler [in Grad]

1.37 1.40 1.42 1.43 1.45

Korrelationskoeffizient 0.975 0.973 0.972 0.971 0.970

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Verifikationsbeispiel (Niederschlag)

Beobachteter 24-std. Niederschlag (in mm)

< 0.1 0.1 - 1 1 - 10 > 10 Total

Station: Rax (1546m)Zeitraum: Jan.-Okt. 2008

Vorher-gesagterNieder-schlag

< 0.1 319 23 10 0 352

0.1 - 1 147 60 41 4 252

1 – 10 119 70 220 58 467

> 10 1 3 46 70 120

Total 586 156 317 132 1191

Beobachteter und vorhergesagter Niederschlag in gleicher Klasse: 56.2%Beob. und vorherges. Niederschlag in gleicher oder Nachbarklasse: 88.5%

Nationale und internationale Projekte in Zusammenhang mit MetGIS

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Länder mit MetGIS Projekten

Russland

Stand: November 2010

Bhutan

Indien

Spanien

ÖsterreichMazedonien

Albanien

Peru

ChileArgentinien

MetGIS + Digitaler Globus

„Taktiler Hyperglobus“

•Zusammenarbeit mit Institut für Geographie und Regionalforschung (IfGR) der Universität Wien

•Globale MetGIS Prognosedatensätze am Globus visualisiert

•Parameter: Temperatur, Niederschlagsintensität, relative Feuchte (-> Bewölkungssimulation)( g )

•Echtzeitprognosen am Globus ab Anfang 2011•Zoommöglichkeit in Ausarbeitung

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Globale Temperaturprognose (Globus)

Mina Pelambres (Chile)

• Eine der größten Tagbauminen Chiles, über 3000m Höhe• Laufende MetGIS-Prognosen (inkl. 7-Tages-Punktvhs.) • Stationsdaten für Verifikation

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7-Tages-Punktprognose

Las Lenas (Argentinien)

• Größtes Skigebiet Argentiniens• MetGIS-Prognosen ab Winter 2010• Relative Feuchte-Vorhersagen entwickelt (-> Bewölkung)

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Ski de Travesia (Argentinien)

• MetGIS Prognosen online am größten Tourenskiportal Argentiniens

MetGIS Link

Lawinenwarndienst Pyrenäen (Spanien)

• MetGIS online Prognosen für Pyrenäen (3 Teilgebiete)• Projekt mit IGC (Institut Geològic de Catalunya) • Umfangreiche Verifikationsstudie mit Stationsnetz IGC

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Moscow State University (Russland)

• MetGIS online Prognosen für Kaukasusregion• Russische Übersetzung der MetGIS Seite• MetGIS Verifikation mit Messdaten aus 5100m Höhe

Mount Elbrus (5642m)

MetGIS Prognose für Elbrus (Kaukasus)

Temperaturprognose

Neuschneeprognose

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SASE (Indien)

• MetGIS on-line Prognosen für die Himalyaregion • Kollaboration mit SASE (Snow and Avalanche Study Est.)• Verifikation + Antrieb von Schneedeckenmodellen

SASE (Indien)

Manali

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HMSD (Bhutan)

• MetGIS on-line Prognosen für Bhutan• Projekt mit HMSD (Hydro-Meteor. Service Division)• Allgemeines Consulting, Prognoseverifikation

Bhutan: Gross National Happyness

• MetGIS Projektbewilligung durch „Glücksministerium“

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Weiße Weihnachten?

SchneestatistikStation: Wien, Hohe Warte,

Untersuchungszeitraum: 1972-2009 (38 Jahre)

Jahre mit Schneedecke am 24.12.: 8 (ca. 20%):

1975: 9 cm1978: 1 cm1981: 18 cm1981: 18 cm1986: 11 cm1994: 13 cm1996: 17 cm2001: 1 cm2002: 3 cm

Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

MetGIS Informationen:http://www.univie.ac.at/amk/metgisgerald.spreitzhofer@univie.ac.at