Skip to main content
15 Mar

Poboljšanja izvornog koda WRF modela

Jedna od naših aktivnosti je i konstantna evaluacija kvalitete WRF modela. Trenutačno postoji nekoliko značajnih nedostataka originalnog koda WRF modela koji se u određenim uvjetima očituju u rezultatima simulacije koji su daleko od savršenih. U MeteoAdriaticu osim intenzivnog korištenja, radimo i na poboljšanju karakteristika modela izmjenama u izvornom kodu. U ovom ćemo članku pokazati rezultate zahvata kojim smo značajno poboljšali točnost simulacije, konkretno prognozu temperature zraka nad morem.

Pokazuje se kako rezultati simulacije korištenjem originalnog koda WRF modela imaju značajan nedostatak u predviđanju dnevne amplitude temperature zraka nad morem. U realnosti, amplituda je u pravilu veća nego je očekivana putem WRF rezultata. Osobito velike razlike u amplitudi nastaju u toplom dijelu godine, pri slabom vjetru. Tad je maksimalna dnevna temperatura zraka nad morem gotovo uvijek znatno veća nego ju simulira WRF.

Na prvoj slici primjer je usporedbe izmjerene temperature zraka1 u nasumično odabranom stabilnom ljetnom razdoblju, za lokaciju Porer (lat=44.7579, lon=13.8909). Mjerenje se obavlja na svjetioniku na vrlo maloj hridi, udaljenoj od najbližeg kopna nešto manje od 2 kilometra, ali od značanije kopnene mase na jugu Istre oko 7 kilometara što stvara dobre uvjete za tipično maritimni dnevni hod temperature zraka uz mali ali ipak postojeći utjecaj dnevnih termičkih razlika zbog relativne blizine kopna. U provedenoj WRF simulaciji rezolucije mreže od 3 kilometra, ova točka se nalazi nad morskom podlogom.

Plot 1

Tamnom linijom prikazana je izmjerena temperatura zraka tijekom 48 sati, a plavom linijom prognozirana temperatura od strane WRF modela, koristeći originalni kod verzije 4.0.3, ARW jezgre. Iz slike je uočljiva dnevna amplituda temperature od 4 do 5 Celzijevih stupnjeva, dok je prognozirana amplituda svega oko 1 Celzijev stupanj.

Uključivanjem sst_skin opcije, dnevna amplituda je nešto izraženija (crvena linija na slici ispod), no ni približno kao izmjerena.

Citat iz WRF-ARW Users' Guide: "sst_skin: calculate skin SST, useful for long simulations (multi-year runs; default is 0 = off)".

Plot 2

Osim malog poboljšanja uključivanjem sst_skin opcije, koristeći originalan kod, ništa se više ne može učiniti da se situacija značajnije popravi. Promjena fizikalnih parametrizacija ili drugih parametara simulacije ne mijenja mnogo rezultat po pitanju dnevne amplitude temperature nad morem.

Kako bi dobili točniju prognozu temperature zraka nad morem, izmijenili smo dio WRF izvornog koda. Dodali smo funkciju koja omogućuje gornjem sloju mora da zadržava veći dio primljene sunčeve energije tijekom dana, i time omogućuje i značajnije zagrijavanje prizemnog sloja zraka. Također, dodali smo i mogućnost finog podešavanja novonastalog efekta pomoću novog namelist.input parametra (dtw_coeff).

Novododani kod smo testirali već u verziji 3.9.1.1 tijekom većeg dijela 2018. godine i subjektivno se pokazao uspješan. Za primjer koristeći novi WRF kod verzije 4.0.3, pokrenuli smo spomenutu simulaciju za Porer još 4 puta, ovaj put s uključenom modifikacijom koda i s različitim podešavanjem dtw_coeff parametra za svako pokretanje simulacije (1.5, 2.5, 4.0 i 6.0). Rezultati su dodani za usporedbu uz prethodna dva seta podataka dobivena originalnim kodom na sljedećem grafu. Temperatura dobivena modificiranim kodom prikazana je zelenim linijama.

Plot 3

 

Iz slike je odmah vidljiva mnogo veća dnevna amplituda temperature i pritom je primjetno da je efekt uočljiv samo u dnevnom dijelu simulacije, te nema negativne posljedice na noćni dio. Zavisno o koeficijentu parametra podešavanja, porast amplitude temperature je veći ili manji. Rezultat jasno pokazuje pozitivan utjecaj modifikacije na točnost prognozirane temperature zraka.

U sljedećoj tablici dan je prikaz statističke obrade pogrešaka u usporedbi svih urađenih simulacija.

Table

MAE = Mean Absolute Error

MSE = Mean Square Error

RMSE = Root Mean Square Error

Svi rezultati statističke obrade grešaka za odabran slučaj pokazuju da je simulacija korištenjem modificiranog koda dala točniju temperaturu zraka u odnosu na originalni kod.

Subjektivno, osim bolje prognoze temperature zraka nad morem te u uskom obalnom kopnenom pojasu, postoji mišljenje da model bolje "vidi" i konvektivne procese nad morem koristeći modificirani kod, no to bi tek trebalo istražiti objektivnom analizom.

1 Podaci o izmjerenoj temperaturi zraka prikupljeni su sa web stranica Državnog hidrometeorološkog zavoda.