Arkisto

Posts Tagged ‘finwrf’

Säätä joka lähtöön

Edellisestä päivityksestä on aikaa ja moni on varmaan ihmetellyt päivitysten hitautta. Ajattelinkin käydä hieman läpi ”syitä” tähän hitauteen listaamalla joitakin vapaa-ajalla työstettäviä säähän liittyviä harrasteita – joista tämä blogi on vain yksi, joskin mieluinen osa. Eli vaikka uusia kirjoituksia ei välttämättä aina kuulu, ei se tarkoita, että sitä vain levättäisiin laakereillaan. Aktiivinen kommentointi pitää sivun ajantasalla ja tuoreena, vaikka päivityksestä olisikin aikaa. Kiitos siis lukijoille ja kommentoijille!

GFS

Parhaillaan työn alla on GFS-karttojen uusiminen:

http://www.puuppa.org/~pnuu/gfs/

Eli koko sääkenttien laskenta ja piirtoympäristö tulee jossain välissä muuttumaan niin, että GrADS-ohjelman sijaan käytetään Python-ohjelmointikieltä. Karttojen luontiskriptit kirjoitetaan siis alusta alkaen uusiksi. Tämän myötä kartoista tulee näyttävämpiä ja tiettyjen osien laskennat nopeutuvat huomattavasti. Malliluotausdatasta lasketut suureet kuten 0-3km CAPE, EL taso ja erilaiset konvektioindeksit saadaan huomattavasti nopeammin kun ne lasketaan erikseen Python-skriptin kutsuman Fortran-koodin avulla. Summa summarum: enemmän kenttiä, laajemmalle alueelle ja näyttävämmin.

LAPS

GFS-karttojen uusimisen lisäksi on talven/kevään aikana työstetty LAPS-karttoja. Kyseessä on tunnin välein tuotettava aineisto, jossa pyritään kaikkia erilaisia havaintoaineistoja hyödyntäen luoda paras mahdollinen kuva ilmakehän tilasta kyseisellä hetkellä. Aineiston avulla voidaankin esittää esimerkiksi lämpötilat koko Skandinaviassa tunnin välein. Lisäksi vaikkapa pakkasen purevuus/helteen tukaluus voidaan nopeasti laskea ja esittää karttamuodossa. Tarkoitus on lisätä myös ennustepuolelta tuttuja suureita, eli esimerkiksi tuulikonvergenssivyöhykkeiden visualisointi. Kaiken kruunaa keinotekoiset ”pseudo”luotaukset, joita voidaan laskea tunnin välein minne vain.  Tämä on erittäin hyödyllinen ominaisuus ainakin omasta mielestäni ja näistä on hyötyä esimerkiksi ukkosten lähituntiennustamisessa. Sivusto on tällä hetkellä tauolla odottamassa päätöstä, että millä koneella sitä ajetaan. Tuotoksia voi kuitenkin seurata sivulla:

http://www.puuppa.org/~pnuu/laps/

FINWRF

Jatketaan vielä, kas kummaa, mallimaailmassa. Pöytätietokoneella pyörivä hienohilamalli jatkaa työtään ja murjoo parhaillaan kahden tunnin välein lähihetkiennusteita 15 tunnin päähän. Talvella mallin ydin päivitettiin uusimpaan versioon. Kevään mittaan on tullut tehty testauksia eri malliasetuksilla, että miten mallista saisi kaikkein eniten irti. Lähikuukauden aikana tulee vielä tehdä lisätestejä, ennen ukkoskauden alkua. Mahdollisesti kahden tunnin ennustesyklistä siirrytään ”jatkuvaan” sykliin, eli aina tunnin välein tarkistetaan onko edellinen ajo valmistunut, jolloin joko käynnistetään uusi tai odotetaan hetken aikaa edellisen valmistumista. Tämän myötä ennusteiden saatavuus vaihtelee yleensä 1,5h-3h välillä. Lisäksi olisi tarkoitus tuoda uusia ennustekenttiä esille mallista ja joskus tulevaisuudessa piirtää kuvat niin ikään Python-ohjelmointikielen avulla.

Mallin tuottamiin ennusteisiin voi käydä tutustumassa osoitteessa:

http://www.puuppa.org/~pnuu/wrf/

MYRSKYVAROITUS.COM

Yhdessä Ari-Juhani Punkan kanssa päivittelemme talvisin 2-4 kertaa viikossa pitkää myrskyennustetta ja kesäisin pitkää rajuilmaennustetta. Tämän lisäksi teemme ajoittain merkittävistä päivistä yksityiskohtaisempia vaarallisen sään ennusteita. Parhaillaan eletään välikautta, mutta ukkosiin painottuvat ennusteet alkavat kauden käynnistyessä toukokuun aikana. Ennusteita ja paljon muuta myrskyihin ja rajuilmoihin liittyvää tietoutta voi käydä lukemassa osoitteessa:

http://www.myrskyvaroitus.com/

SÄLÄÄ

Pikauutisia säästä ja ilmastosta tulee jaettua Twitterin kautta niin oman kuin Ilmatieteen laitoksen tilin kautta:

https://twitter.com/ilmasto

https://twitter.com/meteorologit

Harrastan paljon säävalokuvausta ja talven aikana siirsin netissä olevat kuvani uudelle sivustolle, mutta paljon on töitä vielä edessä, että saisi kaikki otetut kuvat järjestettyä sopiviin kategorioihin ja tuotua ne mukaan blogimaailmaan.

Tässä taisi olla päällisin puolin vapaa-aikani säähän liittyvät harrasteet. Jotta päivitys ei olisi pelkkää omaelämäkertaa, niin laitetaan lopuksi hieman tilastoa kehiin.

Lämpötilapoikkeamaa

Alla on kuvattuna vuoden 2013 alusta alkaen päivittäinen maan etelä- ja keskiosan lämpötilapoikkeama pitkän ajan keskiarvosta. Siitä siis ilmenee milloin ja kuinka pitkiä kylmät jaksot ja lämpimät kaudet ovat olleet viimeisen reilun vuoden aikana.

Data: Ilmatieteen laitos

Kylmät jaksot ovat siis painottuneet molempien vuosien tammikuihin sekä viime vuoden maaliskuuhun. Näiden lisäksi on reilun vuoden aikana ollut maltillisempia viileitä kausia silloin tällöin. Lämpimien jaksojen osalta ”pinta-alaa” on enempi, mutta merkittävimmät tapaukset osuivat viime vuoden touko-kesäkuuhun (kesällä on hankalempi saada yhtä suuria lämpötilapoikkeamia kuin talvella) ja vuodenvaihteen tienooseeen. Lisäksi kuluvan vuoden helmi-maaliskuun leuto putki oli kestoltaan hyvin pitkä muutaman päivän notkahdusta lukuun ottamatta. Parhaillaan ollaan melko lähellä pitkän ajan keskiarvoja.

Sanottakoon, että tein samanlaisen kuvan maan pohjoisosan datasta ja se oli hyvin pitkälti samanlainen. Ainoana erona oli, että pohjoisessa poikkeamien amplitudi tuntui olevan hieman suurempi. Toisin sanoen lämpimien poikkeamien aikaan oli pohjoisessa anomalia pääsääntöisesti vielä suurempi kun taas kylmien jaksojen osalta poikkeama oli subjektiivisesti katsottuna enemmän tai vähemmän sama kuin etelässä.

Laskin vielä lopuksi koko jakson lämpötilapoikkeamien summan. Mikäli summaksi tulisi nolla, olisi sekä kylmien että lämpimien jaksojen ”pinta-ala” yhtä suuri. Maan etelä- ja keskiosassa poikkeamien summaksi muodostui 718 ”vuorokausipoikkeama-astetta” ja maan pohjoisosassa vastaavaksi arvoksi muodostui 848 yksikköä. Eli jos jonkun mielestä on edeltävän reilun vuoden aikana ollut keskimääräistä lämpimämpää, olisi hän myös oikeassa.

Esterillä on asiaa

Syystulvat ovat hankaloittaneet elämää Länsi-Suomessa, erityisesti Pohjanmaan maakunnissa. Suomen ympäristökeskuksen mukaan nyt koetut syystulvat ovat poikkeuksellisia. Minkälainen tilanne on meteorologiselta kantilta?

Suomi matalapaineen keskiössä

Sateen muodostuminen vaatii ilman nousuliikettä ja sitä tarjoavat suuremmassa mittakaavassa matalapaineet. Niinpä ei ole suuri yllätys, että sateisen syksyllä keskellä ollut Suomi on ollut matalapaineiden reitillä (itse asiassa myös kesällä oli sama tilanne).

Merenpintapaineen poikkeama pitkän ajan keskiarvosta 1.9.-5.10. Kuva: NOAA/ESRL

Vaikka syksyisin matalapainetoiminta alkaakin jälleen aktivoitua voimistuvan länsivirtauksen myötä, on tänä syksynä ilmanpaine juuri Suomen yllä ollut huomattavasti tavanomaista alhaisempi. Matalapaineiden jatkuvan syötön myötä on sateita saatu lähes päivittäin. Itse asiassa syyskuun alusta alkaen on Kuhmossa ollut 35 sadepäivää 36 mahdollisesta (vähintään 0,1 mm sadetta). Jokioisten havaintoasemalla sadepäiviä on ollut 34 ja Jyväskylän havaintoasemalla 33.

Ongelmana on siis yleisesti ollut se, että sateet ovat jatkuneet pitkään ilman pidempää poutajaksoa. Niinpä maaperä on jo paikoin täysin kyllästetty vedellä eivätkä uudet sateet enää imeydy maaperään. Lokakuun kuuden ensimmäisen vuorokauden aikana eniten vettä on kertynyt Isojoen Kärjenkosken asemalla, 105 mm. Myös Merikarvian ja Teuvan asemilla ollaan 100 mm tienoilla. Tyypillinen lokakuun sademäärä näillä alueilla on noin 70 mm paikkeilla eli tosiaan alle viikossa on jo saatu yli tyypillisen lokakuun verran vettä. Itsessään tällaiset sademäärät eivät ole harvinaisia tai poikkeuksellisia, sillä kesäisissä ukkoskuuroissa voi tulla vuorokaudessakin yli 100 mm, mutta tällä kertaa pohjalla on siis ollut jo monta rankempaa sadepäivää.

Vuosi on tähän mennessä ollut varsin sateinen. Monen mielestä kesä ”meni piloille” epävakaan sään johdosta ja syksy on jatkanut samaa sateista rataa. Jos sateet olisivat jakautuneet tasaisesti tänä vuonna koko Suomeen, olisi tammi-syyskuun sademäärä yksittäisellä paikkakunnalla noin 551 mm. Pitkän ajan keskiarvon mukaan lukema olisi 450 mm. Eli tammi-syyskuussa on Suomeen satanut noin 100 millimetriä tavanomaista enemmän jokaista paikkakuntaa kohden (edelleen olettaen, että sateet olisivat jakautuneet tasaisesti). Edellisen kerran tammi-syyskuun Suomen sademäärä on ollut suurempi vuonna 1998, mutta muita sateiseimpia ei viimeisten 50 vuoden ajanjaksolta löydy. Eli kyllä hyvällä syyllä voidaan todeta, että tähän saakka vuosi on ollut varsin sateinen. Tosin aina alueelliset erot on otettava huomioon. Tähän mennessä eniten ”vodaa” tänä vuonna on satanut Kajaanin Saaresmäen asemalla, 848 mm.

Helsingin Kaisaniemen 12 kuukauden liukuva sadesumma (mm). Lähde: Ilmatieteen laitos

Helsingissä rikottiin paikkakunnan mittaushistorian syyskuun sade-ennätys. Sadetta on tuntunut riittäneen menneiden kuukausien mittaan ja niinpä otin koko Helsingin sadeaikasarjasta 12 kuukauden liukuvan sadesumman. Tällä lailla mitattuna sateisin jakso osui Helsingissä maaliskuusta 1944 helmikuulle 1945. Kuten käppyröistä näkyy, tässä viimeisen vuoden, puolentoista aikana ollaan Helsingissä saatu ”nauttia” varsin runsaista sademääristä.

Tuleeko vuodesta lämpötiloiltaan erikoinen?

Suomen keskilämpötila ei ole syyskuun loppuun mennessä ollut kokonaisuudessaan kovin erikoinen.

Suomen keskilämpötilan poikkeama vuoden alusta kyseiseen kuukauteen saakka. Lisäksi vastaavat tiedot kolmen lämpimimmän ja kylmimmän vuoden osalta (vuodesta 1900 alkaen). Mukana myös skenaariot loppuvuodelle mikäli loppuvuosi olisi lämpimin/kylmin havaittu (1900 alkaen) tai lähellä pitkän ajankeskiarvoa.

Yllä olevasta kuvasta nähdään, että kuluva vuosi on syyskuuhun mennessä ollut keskilämpötilaltaan hyvin lähellä pitkän ajan keskiarvoa (huolimatta kylmähköstä helmikuusta). Jos meno jatkuu samanlaisena, ei vuoden 2012 keskilämpötilasta tule kovin suurta merkintää historiankirjoihin. Silti vielä on melkein kolme kuukautta vuotta jäljellä, joten kuinka suureksi vuoden lämpötilapoikkeama voisi vielä muuttua? Mikäli loppuvuosi olisi yhtä lämmin kuin viime vuoden loka-joulukuu, voisi poikkeama nousta noin asteen tienoille. Jos puolestaan loppuvuosi olisi vuoden 1915 kaltainen, voisi poikkeama olla lopulta -1,6 asteen luokkaa. Eli mahdollinen haitari on vielä melko suuri, mutta TOP 3 -luokkaan (1900 alkaen) vaaditaan hurjia poikkeamia suuntaan tai toiseen.

Baltiassa voimakas myrsky

Samalla kun osa Suomea sai viikonlopun aluksi niskaan vettä oikein urakalla, saivat Baltian maat niskaansa voimakkaan myrskyn. Kyseessä oli lyhytikäinen ja hyvin pieni, mesoskaalan matalapaine, joka alkoi voimistua varhain perjantaina Pohjois-Saksan tuntumassa ja lopulta iskeytyi Liettuaan pe-la välisenä yönä. Paikallisten sanomalehtien mukaan luokkaa 150 000 kotitaloutta oli ilman sähköä kun tuulet puhalsivat noin 30 m/s. Alla on FINWRF-mallin tulkintaa tuulen nopeuksista.

WRF-säämallin tuulitulkinnat Baltian myrskystä.

Miltä jatko näyttää?

Lokakuun alku on ollut Suomessa yli kolme astetta tavanomaista leudompi, kiitos tuulisen ja pilvisen sään. Lokakuun toisen viikon aikana suuntaus on hiljalleen kohti poutaisempaa ja viileämpää säätä kun matalapaineen alue lopulta siirtyy Suomen itäpuolelle ja meille ilmavirtaus käy pohjoisesta ja korkean selänne alkaa ottaa vallan, ainakin tilapäisesti. Kuinka pitkäikäinen tämä muutos on, se jää nähtäväksi. Globaalit mallit ovat eri mieltä mitä lokakuun puolenvälin paikkeilla tapahtuu suursäätilassa: Jääkö Suomen ylle/lähettyville korkeapaine ja ilmavirtaus kävisi koillisesta pitäen sään kylmänä ja poutaisena vai aktivoituuko länsivirtaus uudelleen, joka toisi mukanaan lauhempaa ja epävakaisempaa säätä.

FINWRF säämalli

Mistä on kyse?

FINWRF on sääennustusmalli, jolla pyöritetään 36 tunnin ennusteita korkealla resoluutiolla Suomeen ja lähialueille. Sen ytimessä on yhteisvaroin kyhätty tietokone, jonka sisällä sykkii Intelin i7 3930K kuuden ytimen prosessori. Malli on räätälöity etenkin myrskybongausta silmällä pitäen, eli sen erotuskyky on niin korkeaa luokkaa, että malli pystyy suoraan simuloimaan jopa yksittäisiä sade- ja ukkoskuuroja. Muita vastaavan resoluution omaavia ilmaisia (mainos-vapaita) numeerisia malleja ei tiettävästi ole maailmalla juuri yhtään (Go Finland!).

Hieman yksityiskohtia

Mallia pyöritetään neljä kertaa vuorokaudessa ja yksittäisen ajon valmistuminen kestää tilanteesta riippuen noin 3,5-6 tuntia. Mallissa käytetään ns. adaptive timestep-menetelmää, eli ajon valmistumisajankohta riippuu siitä, kuinka paljon laskenta-alueella on ”säätä”. Jos alueella on paljon voimakkaita ukkoskuuroja, voi ajon kokonaiskesto jopa ylittää kuusi tuntia, jolloin seuraava ajo odottaa kiltisti vuoroaan.

FINWRF-mallin horisontaalinen erotuskyky on 4 km eli laskentapisteitä on neljän kilometrin välein. Pystysuunnassa laskentapisteitä on 43. Niinpä malli laskee joka ajanhetkellä uudet arvot lämpötilalle, tuulelle, kosteudelle ja muille perussuureille noin 5 miljoonalle laskentapisteelle.

Alkuhetken tiedot ja mallin reunaehdot saadaan globaalista GFS-mallista, jonka datan horisontaalinen resoluutio on noin 50 km. Koska näin karkean datan syöttäminen suoraan 4 km hilaan saa aikaan kaikenlaisia kummallisuuksia, ajetaan välissä 16 km ulompi laskenta-alue. Tätä käytetään sitten pohjana itse 4 km pääajolle.

Kesällä 2011 mallia pyöritettiin silloin tällöin kotikoneella ja paljon on muuttunut sen aikaisesta kokoonpanosta. Nyt prosessissa käytetään ns. warm-start menetelmää. Siinä missä 2011 WRF-mallin alkutila otettiin suoraan globaalista GFS mallista interpoloimalla, käytetään tällä kertaa alkutilana edellisen kuuden tunnin ennustetta. Tätä ennustetta sitten hieman korjataan tuoreimpien havaintojen (kuten luotaukset, pintahavainnot, lentokonehavainnot jne) avulla ja näin saadaan lopullinen alkuhetki FINWRF-mallille. Hyötynä tällä prosessilla on se, että mallilla on heti simulaation alusta alkaen arvaus siitä, missä sadealueet sijaitsevat (sen sijaan, että malli joutuu synnyttämään sadealueet tyhjästä).

Alla olevassa taulukossa on listattu muutamia knoppitietoja FINWRF mallin asetuksista.

  • Laskentapisteitä: ~5 000 000
  • Horisontaalinen resoluutio: 16 km (ulompi alue), 4 km (sisempi alue)
  • Vertikaalitasojen lukumäärä: 45 (16 km ajo), 43 (4 km ajo)
  • Adaptiivinen aika-askel
  • Mallin dynamiikka: ei-hydrostaattinen
  • Konvektion parametrisointi: Betts-Miller-Janjic (vain 16 km)
  • Mikrofysiikka: Thompson 6-luokkaa (mukana lumirakeet)
  • Rajakerros: Mellor-Yamada-Janjic
  • Maanpintaskeema: NOAH
  • Pitkäaaltosäteily: RRTM
  • Lyhytaaltosäteily: Goddard
  • 3DVAR = lämmin startti (syklitys)
  • 36 tunnin ennustesimulaatio kuuden tunnin välein

Ensimmäisiä havaintoja

FINWRF mallin fysiikka-asetukset ja muut yksityiskohdat ovat subjektiivisesti asetettu yksittäisten tapaustutkimusten sekä muiden maiden esimerkkien pohjalta. Niinpä näin alkuvaiheessa ei ole tarkkaa tietoa siitä, miten malli tietyissä tilanteissa toimii Suomessa (joissakin olosuhteissa paremmin, joissakin huonommin). Tässä esimerkki yhdestä hyvin osuneesta ennusteesta kesäkuun alussa:

Ensimmäisten ajojen perusteella mallin rajakerroksen fysiikkapaketti sekoittaa rajakerrosta suht hanakasti ja näyttää saavan aikaan globaaleja malleja korkeampia CAPE-arvoja. Lisäksi se tuntuu saavan hieman todellisuutta herkemmin kehitettyä sadekuuroja. Fysiikkapaketit saattaa olla myös osasyynä pilvisyystulkinnan heikkouteen. Kannattaa siis itse seurailla aktiivisesti mallin tuloksia ja verrata niitä havaintoihin sekä tutkakuviin. Näin saat itsekin käsityksen siitä, että miten malli tietyistä tilanteista suoriutuu. Yksikään säämalli ei ole täydellinen ja meteorologien työkuvaan kuuluukin tietää jokaisen säämallin omat kommervenkit.

Ajan myötä mallin fysiikka-asetuksia saatetaan muuttaa kokemusten perusteella (kunhan niitä kertyy tarpeeksi).

Vikatilanteet

Erilaiset vikatilanteet ovat mahdollisia, etenkin näin alkuvaiheessa. Systeemille ei ole ehditty tehdä kaiken kattavaa varmennusjärjestelmää, joten ajoittain systeemi voi kaatua. Syitä voi olla monia: verkkoliikenteessä katkos, malli räjähtää käsiin (ei pitäisi tapahtua), havaintodataa ei ole saatavissa.

FINWRF käyttää ns. syklitystä, eli tuoreimman ennusteen pohjana käytetään edellisen ajon kuuden tunnin ennustetta. Niinpä jos yksi ajo syystä tai toisesta kaatuu, kaatuvat seuraavatkin ajot 100 % varmuudella. Tähän on ehkä mahdollista löytää oikotie, mutta sitä ei ole ehditty miettiä julkaisuvaiheeseen mennessä.

Nopea keino tarkistaa mallin kaatuminen on vilkaista FINWRF-sivun vasemmasta laidasta eri ajojen kestot. Mikäli joku ajo on valmistunut alle 2 tunnissa, on kyseessä todennäköisesti jonkinlainen vika. Tällöin ei kannata alkaa etsiä puhelinluettelosta FINWRF-mallista vastaavien nimiä (koska niitä ei puhelinluettelosta löydy). Eli seuraamme kyllä systeemin tilaa ja viesti kyllä aika varmasti kirii ylläpitäjän korviin nopeasti. Tällöin ainoa lääke on käydä fyysisesti resetoimassa systeemi ja aloittaa uusi ajo kylmiltään. Mikäli ylläpito ei ole maisemissa, voi tämä kestää jonkin aikaa (pahimmillaan useita päiviä, on meillä omaakin elämää 😉 ) . Eli olkaa ymmärtäväisiä tämän ilmaisen ennustemallin vikatilanteissa.

Ideat ja kehitysehdotukset

Jos sinulla tulee mieleen jokin hieno idea uudesta ennustesuureesta tai sinulla on lahjoittaa 100 000 rahayksikköä uuden hienon FINWRF 2 –systeemin luomiseen, voit ottaa yhteyttä vapaa-ajalla ylityöllistettyyn ylläpitoon osoitteeseen pauli.j.jokinen [at] gmail.com

FINWRF ei suinkaan ole siis vielä valmis, vaan sitä viilaillaan kuntoon kesän 2012 aikana (ja sen jälkeenkin). Tulossa on muun muassa alkuvaiheessa puuttuva sademäärän ennuste (tutkasimulaatio toki ajaa osittain jo saman asian). Mahdollisesti jossain vaiheessa saadaan sivustolle aikaan selitykset, että mitä mikin kartta kertoo. Sitä odotellessa voipi käydä katsomassa vastaavia GFS mallin osalta.

Osoite

Mistä niitä mallikarttoja löytää?

http://www.puuppa.org/~pnuu/wrf/

Jos et tiedä yhtään, että mistä lähteä liikkeelle, niin klikkaa vasemmasta yläreunasta ”Select 4 km product” ja sieltä ”composite radar reflectivity”. Kyseiset kentät kuvaavat sitä, miltä tutkakuva näyttäisi kyseisellä ennustehetkellä.

Iloisia hetkiä uuden säämallin kanssa!

%d bloggers like this: