Υπολογιστικά/Αριθμητικά μοντέλα πρόγνωσης καιρού και εκτίμησης περιβαλλοντικών και ενεργειακών παραμέτρων

• Κύριος συγγραφέας: Παπανικολάου, Κωνσταντίνος
• Άλλοι συγγραφείς: Papanikolaou, Konstantinos
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2020
• Θέματα: Αριθμητικά μοντέλα πρόγνωσης καιρού; Προγνωστικές εξισώσεις καιρού; Ευρωπαϊκό κέντρο μεσοπρόθεσμων προγνώσεων καιρού; Numerical weather models; Weather prognostic equations; European Center for medium range weather forecasts

Στη παρούσα ΜΔΕ μελετάμε τα υπολογιστικά/αριθμητικά μοντέλα τα οποία έχουν αναπτυχθεί και χρησιμοποιούνται διεθνώς για την πρόγνωση του καιρού, καθώς επίσης πως μπορούν να αξιοποιηθούν τα αποτελέσματα αυτών για την εκτίμηση περιβαλλοντικών και ενεργειακών παραμέτρων. Στην αρχή γίνεται μια σύντομη ιστορική αναδρομή στην εξέλιξη της μετεωρολογίας από την αρχαιότητα και την αρχική της μορφή ως εργαλείο για την ερμηνεία των καιρικών φαινομένων, μέχρι την καθιέρωσή της ως επιστήμη περίπου στα τέλη του 16ου αιώνα και τις αρχές του 17ου , αλλά και την περαιτέρω ανάπτυξή της τον 20ο αιώνα, παράλληλα με την εξέλιξη της τεχνολογίας. Ξεκινώντας λοιπόν στο πρώτο κεφάλαιο, δίνονται οι βασικοί ορισμοί των κύριων ή πιο συνηθισμένων στοιχείων που αφορούν τον καιρό (κυρίως σε μικρή-τοπική κλίμακα) καθώς επίσης και οι μαθηματικές σχέσεις που συνδέουν τις διάφορες μεταβλητές μεταξύ τους. Προχωρώντας στο δεύτερο κεφάλαιο, γίνεται μία γενική ανάλυση του τρόπου λειτουργίας και πρόγνωσης των αριθμητικών μοντέλων. Εξηγούνται όλες οι εξισώσεις που χρησιμοποιούνται από τα μοντέλα, η σύνδεση και η μαθηματική τους επεξεργασία και επίλυση, για τον υπολογισμό της κάθε πρόγνωσης. Παράλληλα, εξετάζονται η ακρίβεια και τα σφάλματα που προκύπτουν μαζί με τις μεθόδους αντιμετώπισής τους, οι τρόποι αξιολόγησης των δεδομένων εισόδου και των αποτελεσμάτων του μοντέλου και τέλος οι τρόποι βελτίωσης των προγνώσεων. Στο τρίτο κεφάλαιο, μετά από μία συνοπτική αναφορά στα βασικά μοντέλα πρόγνωσης που υπάρχουν, έχει επιλεγεί το μοντέλο του Ευρωπαϊκού Κέντρου Μεσοπρόθεσμων Προγνώσεων Καιρού (ECMWF) για μία αναλυτικότερη περιγραφή της λειτουργίας του. Ειδικότερα, αναλύεται όλη η δομή του, με τα επιμέρους σχήματα για την προσομοίωση των ατμοσφαιρικών φαινομένων και παραθέτονται οι εξισώσεις που αυτά χρησιμοποιούν, με τις παραμετροποιήσεις που ενσωματώνουν για την ακριβέστερη περιγραφή τους. Στη συνέχεια δίνονται οι τρόποι επίλυσης των εξισώσεων του μοντέλου και πως έχουν σχεδιαστεί για την ελαχιστοποίηση των σφαλμάτων και την αποτελεσματικότερη λειτουργία, από άποψη οικονομίας χρόνου και υπολογιστικών πόρων. Σημασία δίνεται επίσης στη διαδικασία αξιολόγησης των εισερχόμενων δεδομένων και των προϊόντων του μοντέλου, αλλά και στη στοχαστική μέθοδο πρόγνωσης, η οποία έχει ιδιαίτερη σημασία για την πρόγνωση του καιρού. Τέλος, γίνεται αναφορά στα πακέτα γραφικής απεικόνισης των προγνώσεων που χρησιμοποιεί το Ευρωπαϊκό Κέντρο και στην ερμηνεία των μετεωρολογικών χαρτών.