Tiedotearkisto: 2007

Väitös tuo parannuksia sääennusteiden laskentamenetelmiin

22.1.2007 12:00

Ilmatieteen laitoksen tutkija Sami Niemelä väittelee 26. tammikuuta. Väitös on yksi osa Ilmatieteen laitoksessa tehtävää laajaa tutkimustyötä, jonka tavoitteena on sääennustusmallinnuksen kehittäminen. Väitöstyössä tarkastellaan erityisesti sitä, miten nykyisiä laskentamenetelmiä tulisi parantaa, jotta ne soveltuisivat myös tarkan erotuskyvyn sään ennustamiseen.

Kuva: Eija Vallinheimo

Sään ennustaminen perustuu suurelta osin numeerisen sääennustusjärjestelmän tuottamaan aineistoon. Väitöstutkimuksessa havaittiin, että nykyisiä konvektion ja sateen laskentamenetelmiä voidaan jossain määrin parantaa, jotta ne soveltuvat käytettäväksi tarkan erotuskyvyn sääennustusmalleissa. - Tulokset osoittavat, että HIRLAM-sääennustemallissa käytettävää laskentamenetelmää muokkaamalla sade-ennusteet paranevat käytettäessä 5.6 km hilaväliä. Kun erotuskykyä tarkennetaan vielä lisää, mallin taipumus yliarvioida voimakkaita sateita kasvaa, tutkija Sami Niemelä arvioi.

Ilmakehän tilaa voidaan ennustaa ratkaisemalla numeerisesti ilmakehää kuvaava yhtälöryhmä, kun alkutila tunnetaan. Ilmakehämallit sisältävät kuitenkin enemmän tai vähemmän yksinkertaistuksia riippuen mallien erotuskyvystä ja käyttötarkoituksesta. Nykyään operatiivisten sääennustusjärjestelmien vaakasuuntainen erotuskyky eli hilaväli on noin 10 - 40 kilometriä. Lähitulevaisuuden tavoitteena on saavuttaa 1 - 4 kilometrin erotuskyky operatiivisissa sääennustusjärjestelmissä. Tämän tavoitteen saavuttaminen vaatii malliyhtälöiden sisältämien yksinkertaistuksien vähentämistä, fysikaalisten prosessien monimutkaisempaa kuvaamista sekä suurempaa laskentatehoa.

Tutkimuksessa tarkastellaan fysikaalisten prosessien laskentamenetelmiä tarkan erotuskyvyn sääennustusmalleissa. Päähuomio kohdistuu sääennustusjärjestelmä HIRLAMin (High Resolution Limited Area Model) konvektiivisten ilmiöiden kuten mm. ukkospilvien laskentamenetelmiin sekä maan pinnalle tulevien säteilyvuoiden arvioimiseen usean eri laskentamenetelmän avulla.

Väitöskirjassa tutkitaan lisäksi tuulen ennustamista tarkan erotuskyvyn ilmakehämalleilla rannikon läheisyydessä. Sääennustusmalleissa käytetyt pitkäaaltoisen säteilyvuon laskentamenetelmät tuottavat pilvettömissä tilanteissa selvästi parempia tuloksia kuin yksinkertaiset kokeelliset laskentamenetelmät. Sen sijaan lyhytaaltoisen säteilyvuon laskennassa myös kokeelliset menetelmät osoittautuvat kilpailukykyisiksi monimutkaisiin menetelmiin verrattuna. Tutkimuksessa havaittiin, että sääennustusmalleissa käytettävien säteilyn laskentamenetelmien kuvaama ilmakehä on hieman liian läpinäkyvä sekä pitkä- että lyhytaaltosäteilylle pilvettömissä olosuhteissa. Tästä huolimatta kyseiset mallit tuottavat yleisesti parempia tuloksia kuin yksinkertaiset menetelmät.

FM Sami Niemelä (s. 12.11.1975 Jyväskylän maalaiskunnassa) kirjoitti ylioppilaaksi Palokan lukiosta vuonna 1994, jonka jälkeen hän on suorittanut FM tutkinnon Helsingin yliopiston Meteorologian laitoksella vuonna 2000.

Niemelä väittelee 26.1. kello 12. Helsingin yliopiston matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa. Väitöstilaisuus järjestetään osoitteessa Physicum, auditorio E204, Gustaf Hällströmin katu 2. Väitöksen englanninkielinen otsikko on On the behaviour of some physical parameterization methods in high-resolution numerical weather prediction models ". Vastaväittäjänä on professori Jon Egill Kristjansson, Universitet i Oslo, ja kustoksena on professori Hannu Savijärvi.

Lisätietoja:

Sami Niemelä
Puh. (09) 1929 4172 sami.niemela@fmi.fi