Modelling Techniques for Numerical Weather Forecasting - NMET059

• Title: Techniky modelování pro numerickou předpověď počasí
• Guaranteed by: Department of Atmospheric Physics (32-KFA)
• Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
• Actual: from 2019
• Semester: winter
• E-Credits: 3
• Hours per week, examination: winter s.:0/2, C [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech, English
• Teaching methods: full-time
• Teaching methods: full-time
• Guarantor: RNDr. Radmila Brožková, CSc.

Annotation

English

Last update: BROZKOVA/MFF.CUNI.CZ (28.04.2008)

Basis of the atmospheric modeling, dynamics and instabilities in the atmosphere, physics, data assimilation, synthesis. The main goal of the seminar is to demonstrate that learning models' behaviour is as instructive as the comparison of their results with observations.

Czech

Last update: T_KMOP (06.05.2004)

Základy modelování atmosféry, dynamika a instability v atmosféře, fyzikální parametrizace, asimilace dat, syntéza. Hlavním cílem semináře je ukázat, že studium chování modelů je stejně instruktivní jako srovnání jejich výsledků s pozorováním.

Aim of the course

Last update: BROZKOVA/MFF.CUNI.CZ (28.04.2008)

Seznámení se s problematikou modelování atmosféry, metodami aplikace teoretických poznatků v modelech, které jsou základem moderní předpovědi počasí a modelování klimatu. Seminář také zahrnuje nejnovější poznatky a trendy z oblasti numerické předpovědi počasí.

Course completion requirements

Last update: doc. Mgr. Jiří Mikšovský, Ph.D. (19.10.2017)

Aktivní účast na semináři.

Literature

Last update: T_KMOP (06.05.2004)

Seminář není základní přednáškou dynamiky a fyziky atmosféry ani numerických metod, ale vysvětluje jejich vazbu. Proto pro studenty připravíme výběr relevantních článků a dokumentů, které se danou problematikou z tohoto úhlu pohledu zabývají.

Teaching methods

Last update: BROZKOVA/MFF.CUNI.CZ (28.04.2008)

Seminář

Requirements to the exam

Last update: RNDr. Radmila Brožková, CSc. (04.05.2020)

Aktivní účast na semináři.

Participation at the seminar.

Syllabus

English

Last update: BROZKOVA/MFF.CUNI.CZ (28.04.2008)

Introduction to atmospheric modeling

Models of general circulation of the atmosphere as an historical example, water and energy cycles of the atmosphere, dimensional analysis, basis of the numerical analysis, simple modeling problems.

Dynamics

Basic types of waves, scales of atmospheric motions (spatial and temporal), basic hypothesis and useful equations, discretization, types of numerical instabilities, methods of horizontal and vertical discretization, time marching schemes, numerical filters vs filtered equations, potential vorticity and examples of use (baroklinic instability, jet streams, fronts).

Physical parameterizations

Role of parameterizations and their historical evolution. Parameterization of radiative transfer, water phase changes, microphysics of clouds and precipitation, subgrid-scale orography effects, exchange with surface and turbulence, non precipitating convection, deep moist convection.

Analysis and data assimilation

Aplication of the optimal estimation theory in meteorology on the analysis problem, BLUE equation in multiscale, observation errors, modeling of first guess errors. Analysis methods, tangent linear and adjoint models, basis of data assimilation. Construction of variational data assimilation, example of 3DVAR with extention to 4DVAR. Curent use of observations in data assimilation, monitoring, quality control impact on analysis and forecast quality.

As main application examples of these methods, up-to-date numerical prediction models are used: IFS/ARPEGE (a common numerical weather prediction system of the European Centre and Météo-France) and its limited area fine-mesh version ALADIN (a system developed in international collaboration and used operationally at the Czech Hydrometeorological Institute).

Czech

Last update: BROZKOVA/MFF.CUNI.CZ (28.04.2008)

Úvod do modelování atmosféry

Modely všeobecné cirkulace atmosféry jako historický příklad, hydrologický a energetický cyklus atmosféry, rozměrová analýza, základy numerické analýzy, jednoduché problémy modelování.

Dynamická část

Základní typy vln v atmosféře, měřítka atmosférické cirkulace (prostorová a časová), základní hypotézy a užitečné rovnice, diskretizace, typy numerických instabilit, metody horizontální a vertikální diskretizace, časová integrační schémata, numerické filtry vs filtrované rovnice, potenciální vorticita a příklady užití (baroklinní instabilita, tryskové proudění, fronty).

Fyzikální parametrizace

Role parametrizací a jejich historický vývoj. Parametrizace radiačního přenosu, fázové změny vody, mikrofyzika oblačnosti a srážek, efekty nerozlišené orografie, výměna s povrchem a turbulence, suchá konvekce, parametrizace konvekce s vypadáváním srážek.

Analýza a asimilace dat

Aplikace optimálního odhadu v meteorologii na problém analýzy, odvození BLUE rovnice v multiměřítku, chyby pozorování, modelování chyb předběžného odhadu. Metody analýzy, tečné lineární a adjungované modely, základní pojmy asimilace dat. Konstrukce variační asimilace dat v modelu, příklady 3DVAR s rozšířením na 4DVAR. Užití současných pozorování v asimilaci dat, monitoring, kontrola kvality dat, dopad na kvalitu analýzy a předpovědi.

Jako hlavní ukázky aplikace těchto metod budou použity současné numerické předpovědní modely: IFS/ARPEGE (společný numerický předpovědní systém Evropského centra pro střednědobou předpověď počasí a Météo-France) a jeho regionální verze pro jemné měřítko ALADIN (systém vyvinutý v mezinárodní spolupráci a operativně používaný v Českém hydrometeorologickém ústavu).

Entry requirements

Last update: BROZKOVA/MFF.CUNI.CZ (28.04.2008)

Základní znalosti z dynamiky a termodynamiky atmosféry.