Ανάπτυξη μεθοδολογίας για την αξιολόγηση προγνωστικών πεδίων βροχόπτωσης υψηλής χωρικής ανάλυσης σε πολύπλοκο ανάγλυφο με τη χρήση ρεαλιστικών πλεγματικών παρατηρήσεων
Authors: Γκόφα Φλώρα 
Published: September 2021

Τα αριθμητικά μοντέλα πρόγνωσης υψηλής ανάλυσης είναι σε θέση να παράγουν λεπτομερή δομή στα πεδία βροχόπτωσης, αλλά το βασικό τους όφελος έγκειται στην παροχή πιο ρεαλιστικών χωροχρονικών απεικονίσεων και όχι στις πληροφορίες που παρέχονται για ένα συγκεκριμένο σημείο του πλέγματος. Η επαλήθευση των αριθμητικών προγνώσεων βροχόπτωσης είναι απαραίτητη και απαιτητική διαδικασία. Οι μέθοδοι χωρικής επαλήθευσης γενικά ανταμείβουν την εγγύτητα ή την ομοιότητα μεταξύ των πεδίων πρόγνωσης-παρατήρησης, χαλαρώνοντας την απαίτηση για ακριβή αντιστοίχισή που είναι η αιτία του διπλού σφάλματος στις παραδοσιακές προσεγγίσεις αξιολόγησης. Τα χωρικά πεδία βροχόπτωσης που προέρχονται από τα αριθμητικά μοντέλα αριθμητικής πρόγνωσης παράγονται με μορφή πλέγματος. Για να εκτιμηθεί η ακρίβειά τους με μεθόδους χωρικής επαλήθευσης, είναι απαραίτητο όλες οι διαθέσιμες παρατηρήσεις (σταθμοί επιφανείας, προϊόντα ραντάρ, δορυφορικές εκτιμήσεις) να δίνονται επίσης σε πλέγμα αντίστοιχης χωρικής και χρονικής ανάλυσης. Η πρόκληση συνεπώς είναι να αντιμετωπιστεί η αδιαμφισβήτητη έλλειψη της πυκνότητας επίγειων παρατηρήσεων που είναι εξαιρετικής σημασίας για τη μεταβλητή φύση της παραμέτρου, με τη χρήση και άλλων πηγών παρατήρησης αλλά και την εφαρμογή της κατάλληλης μεθοδολογίας κατά την παραγωγή ρεαλιστικών απεικονίσεων της πραγματικότητας. Σε αυτή τη διατριβή, η μέθοδος MISH (Meteorological Interpolation based on Surface Homogenized Data Basis) χρησιμοποιείται για την εκτίμηση της χωρικής κατανομής της βροχόπτωσης σε ημερήσια ή ωριαία χρονική κλίμακα. Το σύστημα παρεμβολής MISH βασίζεται στην αρχή ότι πλεγματικά δεδομένα υψηλής ακρίβειας μπορούν να δημιουργηθούν από παρατηρήσεις και κλιματολογικές στατιστικές παραμέτρους που προκύπτουν με τη συσχέτιση με γεωφυσικά χαρακτηριστικά της περιοχής ενδιαφέροντος, και αυτές οι παράμετροι μπορούν να προτυποποιηθούν χρησιμοποιώντας μεγάλες χρονοσειρές δεδομένων βροχόπτωσης. Στην ακολουθούμενη διαδικασία, η μοντελοποίηση των στατιστικών παραμέτρων για μια δεδομένη περιοχή βασίζεται σε μακροπρόθεσμα ομογενοποιημένα μηνιαία δεδομένα βροχόπτωσης γειτονικών σταθμών. Προκειμένου να αξιοποιηθούν καλύτερα οι πληροφορίες από σταθμούς που γειτνιάζουν με κάθε σημείο του πλέγματος, εκτιμήσεις υετού από δορυφόρους ή ραντάρ προστίθενται ως πληροφορίες υποβάθρου και τα πεδία βροχόπτωσης που προκύπτουν αξιολογούνται σε συνδυασμό με την παρεμβαλλόμενη τιμή. Οι προγνώσεις υετού στη συνέχεια αξιολογούνται χρησιμοποιώντας διάφορες χωρικές μεθόδους επαλήθευσης, σε μια προσπάθεια διερεύνησης της ικανότητας κάθε προσέγγισης να παρέχει χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με την απόδοση του μοντέλου. Οι επιλεγμένες μέθοδοι στη διατριβή αυτή, αντιπροσωπεύουν διαφορετικές προσεγγίσεις στην στρατηγική αξιολόγησης του μοντέλου και περιλαμβάνουν την προσέγγιση γειτνίασης, την προσέγγιση διαχωρισμού κλίμακας καθώς και την προσέγγιση εντοπισμού αντικειμένων στο πεδίο της βροχόπτωσης. Προγνώσεις του αριθμητικού μοντέλου COSMO υψηλής χωρικής ανάλυσης, συγκρίνονται με τα πεδία παρατηρήσεων που δημιουργήθηκαν από την μέθοδο MISH για τέσσερις καιρικά επεισόδια που επηρέασαν τον ελληνικό χώρο. Στόχος είναι να αναδειχτούν χαρακτηριστικά που σχετίζονται με την απόδοσή των προγνώσεων σε διαφορετικές χωρικές κλίμακες, σφάλματα τοποθέτησης των βροχοφόρων συστημάτων, αποκλίσεις στην ένταση και στην κατανομή του υετού καθώς και σε δεδομένα που αφορούν χαρακτηριστικά της δομής της παραμέτρου στο πεδίο. Τέλος, με τη διατριβή αυτή προτείνεται η ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου συστήματος επαλήθευσης για τις προγνώσεις βροχόπτωσης που (α) καλύπτει τις προϋποθέσεις ενός επιχειρησιακού συστήματος, (β) βασίζεται σε όλες τις διαθέσιμες πηγές παρατήρησης με ευελιξία στη χρήση τους, (γ) δίνει τη δυνατότητα χρήσης διαφορετικών μεθόδων χωρικής επαλήθευσης και (δ) είναι ταυτόχρονα προσανατολισμένο να καλύπτει τις ανάγκες διαφορετικών χρηστών. Το σύστημα είναι προσαρμοσμένο στις ανάγκες της ελληνικής επικράτειας, δηλαδή είναι τέτοιο που μπορεί να παρέχει επαρκείς πληροφορίες για την επιδεξιότητα ενός αριθμητικού μοντέλου πολύ υψηλής ανάλυσης σε περιοχές με έντονο ανάγλυφο και με μη επαρκείς πηγές παρατηρήσεων.