Uporaba radarjev s pulzno kompresijo v meteorologiji

POVZETEK MAGISTRSKEGA DELA41Uporaba radarjev s pulzno kompresijo vmeteorologijiAnton Zgonc, Agencija Republike Slovenije za okoljeUvodV magistrskem delu sem preveril uporabnost meritevvremenskega kanala radarja za nadzor zračnegaprometa na letališču Jožeta Pučnika Ljubljana, ki gaje leta 2008 postavila Kontrola zračnega prometaSlovenije (KZPS). Tovrstni letalski radarji omogočajomeritve ozračja s pogostostjo, večjo kot 1 meritev vminuti, kar je časovno mnogo pogostejše od meritevnamenskih vremenskih radarjev. Njihova slaba stranje odsotnost vertikalne informacije v meritvah. Strukturepadavinskih oblakov po višini ni mogoče izmeriti,ker je radarski žarek močno razpotegnjen po vertikali,njegova elevacija (nagib osi žarka nad vodoravnimitlemi ob izhodu iz antene) pa je stalna.Podrobneje sem obdelal glavno tehnično posebnosttega radarja – pulzno kompresijo. To je oddajno-sprejemnaprocesna tehnika, ki omogoča nekaj 10-kratnoizboljšanje radialne ločljivosti 1 meritev glede nadolžino izsevanih pulzov elektromagnetnega valovanja(EMV). Omogoča korenite spremembe v merilnistrategiji radarskega sistema: podaljšanje izsevanihpulzov, zmanjšanje maksimalne moči izsevanihpulzov, povečanje občutljivosti in občutno manjšeonesnaženje stranskega frekvenčnega spektra.Izračunal sem okultacijski diagram letalskega radarja,to je višino najnižjega žarka nad vsako točko nadtlemi, ki ga še ne blokirajo talne in druge ovire. Polegtega sem izračunal trimesečne točkovne količine(radarskih) padavin od julija 2009 do junija 2010.Tako sem lahko razbral okvirna dobro in slabo pokritaobmočja po posameznih letnih časih. Po pričakovanjihje povsem nepokrito območje Alp, to pa zaradineustrezne lokacije radarja, ki je sredi kotline. To jepravzaprav največja hiba tega radarja.Nato sem primerjal meritve z referenčnimi radarskimimeritvami vremenskega radarja na Lisci. Primerjalsem pet-minutne povprečne (radarske) jakosti padavin.Pri tem sem iz radarskih odbojnosti Z [mm6/m3] računal pripadajočo radarsko jakost padavinR [mm/h] po v radarski meteorologiji splošno znanipotenčni zvezi med njima, imenovani Z-R relacija:1 Radialni: v smeri vzdolž žarkaUporabil sem empirični vrednosti koeficientov a in b,ki se uporabljata na ARSO za stratiformne padavinskeoblake (Divjak, 2009). Obojne povprečne petminutnejakosti padavin sem točkovno primerjal še s preračunanimipovprečnimi petminutnimi jakostmi padavin,izračunanimi iz digitaliziranih meritev državne mrežepluviografov.Radarske jakosti padavin letalskega radarja so se pokazaleprimerljive meritvam referenčnega vremenskegaradarja in meritvam pluviografov, vendar le za konvektivnepadavinske procese. Odstopanja so znotrajširine razredov radarskih odbojnosti (8 dBZ oziroma5,33 dBR), standardni odkloni pa so večinoma celopod 4 dBZ (oziroma 2,67 dBR). Letalski radar stratiformnihpadavinskih sistemov večinoma ne zazna.Letalski radar Thales STAR 2000Letalski radar STAR 2000, z internim imenom Charlie,je izdelek francoske vojaške gospodarske družbeThales. Uvršča se med radarje za nadzor zračnegaprometa (angl. ATC - Air Traffic Control), nadzor zračnegaprostora (ATS - Air Traffic Surveillance) in letališkevzletno-pristajalne radarje (TAR – Terminal ApproachRadar). Postavljen je ob letališki stezi letališča JožetaPučnika Ljubljana. S strokovnega vidika lokacija vSlika 1a. radar STAR 2000 na letališču Jožeta PučnikaLjubljana. Antenski del je nameščen v kupoli, ki je okoli 5 mdvignjena od tal. Antenski podstavek je nameščen v zabojnikupod ploščadjo kupole. Poleg vidimo radarska zabojnikas pripadajočo opremo. Lokacija ni primerna zaradi bližnjihovir (dreves, stavb) in zaradi talnih ovir, ki obdajajo Ljubljanskokotlino (Foto: KZPS)

POVZETEK MAGISTRSKEGA DELA43hkm1412108642vertikalna pokritost RC Lisc0 50 100 150 200 250 rkmhkm15105hkm141210vertikalna paralak864vertikalna pokritost ATC Brni020 50 100 150 200 250 rkm0 20 40 60 80 100Slika 4. Levo zgoraj: vertikalna pokritost ozračja z vremenskimradarjem na Lisci. Desno zgoraj: vertikalna pokritostozračja z letalskim radarjem na letališču Jožeta PučnikaLjubljana. Spodaj: napaka vertikalne paralakse (zamiktalne projekcije sipalcev) letalskega radarjaskmvertikalna informacija iz ozračja. Horizontalni snop imaširino 1,4°, vertikalni pa kar 30°, pri čemer je spodnjaelevacija snopa 1°. Antena po elevaciji ni ne gibljiva,ne nastavljiva. Pokritost ozračja z meritvami se precejrazlikuje od pokritosti pri vremenskih radarjih (slika 4).Pulzni režim tega radarja je zelo zapleten. Oddajaenostavne (nemodulirane) kratke pulze dolžine 1 300m in frekvenčno nelinearno modulirane (NLFM) pulzedolžine 75 µs (22,5 km), in to pri dveh različnih oddajnihfrekvencah 2,75 in 2,85 GHz, vse to pa zaradiučinkovitega sledenja letalom (angl. MTI – moving targetindicator), kar je njegova primarna naloga. Pri temmora zanesljivo izmeriti njihovo odbojnost in radialnohitrost, ki je za velikostni red do dva višja kot pri padavinskihsistemih. Kratki in dolgi pulzi so neposrednopovezani s procesno merilno tehniko pulzno kompresijo,ki jo bom natančneje razložil kasneje.Radarski oddajnik je sestavljen iz 8 polprevodniškihmodulov (angl. SST - solid state transmitter), katerihskupna največja oddajna pulzna moč znaša 16 kW. Tazadošča za zanesljivo spremljanje letal na razdalji do60 NM (navtičnih milj), zato je teoretični doseg, ki jesicer večji, med procesiranjem umetno omejen na tovrednost. Če se kateri od oddajnikov pokvari, ostali šezmeraj delujejo, le izsevana moč je ustrezno manjša,kar se sproti popravlja med procesiranjem v radarskienačbi. Take konstrukcijske rešitve so potrebne zaradivisokih zahtev po operativnosti sistema. Letalski radarza nadzor zračnega prometa sme imeti največ 6 urizpadov na leto.Radar STAR 2000 ima vgrajen vremenski kanal.Signal v sprejemniku je posebej speljan v vzporednoprocesno verigo, namenjeno za izluščenje vremenskeinformacije iz ozračja. Zaradi vertikalno širokegasnopa so meritve odbojnosti zelo grobe, razvrščene v1 V radarski tehniki se za časovno trajanje pulzov elektromagnetnegavalovanja uporabljata žargonska izraza “širina” ali pa “dolžina”pulza, čeprav se navaja časovno enoto (µs) namesto dolžinske.6 razredov, ki se dajo nastavljati. Zanimivo je tudi to,da se da nastavljati potenco oddaljenosti sipalcev r vradarski enačbi. Slednje izvira iz dejstva, da je omenjenapotenca pri točkovnih sipalcih, npr. letalih, 4,pri hidrometeorjih (padavinah) pa 2. Meritve se sprotizapisujejo v EUROCONTROL-ov tokovni format ASTERIXin dodajajo v podatkovno bazo, s tem pa je omogočenzelo hiter sprotni prikaz meritev na zaslone kontroleletenja.Na KZPS so izdelali strežniški sistem za sprotno (angl.real-time) zbiranje meritev v radarske slike 2 , to jev kartezične matrike radarskih odbojnosti velikosti120x120 NM z ločljivostjo 1 NM. Radarske slike operativnozajemamo tudi na ARSO. Take radarske slike sisledijo z izredno visoko frekvenco merjenj, in sicer navsakih 24 sekund brez vmesnih prekinitev, kar znaša2,5 slike na minuto! To je za velikostni red pogosteje,kot smo navajeni v radarski meteorologiji. Za primerjavo– z vremenskim radarjem na Lisci dobimo novoradarsko sliko vsakih 10 minut. Vsaka meritev trajaslabih 5 minut, vsebuje pa tudi vertikalno informacijoo sipalcih v ozračju. V tem delu sem preskusil, kolikoso tako izmerjene radarske slike iz vremenskegakanala, ki imajo dve skrajnosti – zelo grobe oceneodbojnosti in zelo visoko frekvenco meritev, uporabneza operativne meteorološke namene.Pulzna kompresijaNajbolj zanimiva tehnična rešitev omenjenega letalskegaradarja je oddajno-sprejemna in procesnatehnika – pulzna kompresija. Razvili so jo ob uporabinavtičnih sonarjev v petdesetih letih prejšnjegastoletja. V ozadju te tehnike je ideja, da lahko radialnoločljivost namesto s časovno krajšimi pulzi povečamos pulzi, ki imajo večjo pasovno širino. To dosežemo naprimer z linearno naraščajočo frekvenco znotraj pulza.Akustični piski, ki jih oddaja sonar, spominjajo naoglašanje ptic ali žuželk, zato frekvenčno modulirane(spremenjene) pulze v anglosaški terminologiji imenujejochirp (»cvrč«, »skovik«).Kako izmerijo pulzni radarji od sipalcev odbiti signal?Signal, ki prihaja v sprejemnik, vsebuje tudi šum,predvsem termični šum, ki je zmeraj prisoten v električnihprevodnikih in se mu ne da izogniti. Izkaže se,da je sprejem najbolj optimalen, če se sprejeti signalkorelira z repliko oddanega signala. Ta pristop je spošnoznan v teoriji signalov, rečemo mu tudi prilagojeniali Northov filter (angl. matched filter) (North, 1943).Radarski sprejemnik funkcionira torej kot nekakšenavtokorelator do konstante. Radialna ločljivost sprejemnika,to je najmanjša razdalja med sipalcema vzdolžžarka, ki ju sprejemnik zazna kot ločeni oviri, je enakarazpolovni širini avtokorelacijske funkcije sprejemnika.2 V žargonu radarske meteorologije pomeni radarska slika tudiradarsko meritev ozračja.

44POVZETEK MAGISTRSKEGA DELAOblika avtokorelacijske funkcije je pri pravokotnih pulzihtrikotne oblike, kar lepo vidimo na sliki 3 (zgoraj),kjer razberemo, da je njena razpolovna širina (in s temradialna ločljivost). Z radarskim pulzomlahko razločimo ovire, ki so si med seboj oddaljenepolovico dolžine pulza.Ločljivost linearno frekvenčno moduliranega (LFM)pulza pa je občutno boljša, za faktor Bτ, kjer je B=Δνpasovna širina LFM pulza (angl. bandwidth), to jelinearni prirastek frekvence znotraj pulza (slika 3).Omenjeni faktor imenujemo stopnja kompresije inv praksi sega nekje med 40 in 120. Na tem mestusamo omenimo, da LFM ne poslabša meritev ostalihsurovih radarskih količin meteoroloških sipalcev, kotso radialna hitrost, širina spektra radialne hitrosti terdvojnopolarizacijske količine.Letalski radar ima pulzno kompresijo 75:1, kar pomeni,da iz 22,5 km (75µs) dolgih moduliranih pulzovdoseže ločljivost kratkih 1µs nemoduliranih pulzov,to je 150 m. Pulzi pa so na robovih nekoliko zglajenipo frekvenci in amplitudi. Taka nelinearna frekvenčnomodulirana pulzna kompresija (NLFM) je vedno boljpogosta tudi v vremenskih radarjih. Leta 2010 je bilopo svetu nameščenih že okoli 10 operativnih vremenskihradarjev z NLFM pulzno kompresijo. Njena prednostpred klasično je tudi v tem, da so stranski vrhovipri avtokorelaciji še bolj porezani, stranski oddajni frekvenčnispekter takih pulzov pa še manj onesnažen.Odbojnost v radarski enačbi je premosorazmernaenergiji pulza P oddτ, zato je za tipične konfiguracijetakih radarjev značilno, da lahko oddajajo daljše pulzez manjšo maksimalno izsevano močjo, ne da bi trpelamerilna občutljivost. Sevalna obremenitev okolja je vpovprečju enaka, stranski izsevani frekvenčni spekterpa je mnogo bolj čist. Za tak radar je torej lažje dobitiobratovalno dovoljenje.Še ena prednost pulzne kompresije pa se pokaže priceni in vzdrževalnih stroških oddajnikov. Namestoklasičnega magnetronskega oddajnika se uporabljajotranzistorski oddajniki ali pa valovodna cev (angl.TWT – traveling wave tube). Slednja se zdi cenovnooptimalna za vremenske radarje, saj so po izkušnjahkatalonske meteorološke službe, kjer tak operativniradar uporabljajo od leta 2007, stroški vzdrževanjamanjši za tretjino.Meritve frekvenčno moduliranih pulzov so statističnobolj neodvisne kot meritve nemoduliranih pulzov, sajje manj možnih prerazporeditev posameznih hidrometeorjevznotraj merilnega volumna, ki privedejodo škodljivih medsebojnih vplivov sipanega elektromagnetnegavalovanja. Ne da bi se globlje spuščali vteorijo, povejmo, da je v praksi pri vremenskih radarjihz NLFM dovolj 5–6 vzorčenj namesto tipičnih 32, skaterimi dosežemo zanesljivost ±1 dB (Puhakka insod., 2007). To pomeni, da lahko ozračje premerimobistveno hitreje. Letalski radar ima od julija 2009dalje število vzorčenj nastavljeno na 6.Manjša pomanjkljivost pulzne kompresije je nezmožnostmerjenja sipalcev, ki so od radarja oddaljenjimanj od dolžine dolgega pulza (75 µs oz. 22,5 km).To območje običajno imenujemo slepo območje (angl.blind range). Zato je potrebno oddajati tudi kratkenemodulirane pulze (1 µs oz. 300 m), ki pa so lahkorelativno šibkih moči, saj gre za kratke razdalje.Primerjava meritev letalskega radarja,vremenskega radarja in pluviografovMeritve vremenskega kanala letalskega radarja smoprimerjali z meritvami vremenskega radarja in z meritvamidržavne mreže pluviografov (ARSO) kot referenco.Vsi našteti sistemi se med seboj zelo razlikujejo.Letalski in vremenski radar pokrivata različne deleozračja zaradi različnega dosega, vertikalne širine snopain merilnega režima (slika 6). Še najbolj podobnista si najvišja in najnižja elevacija. Večja razlika jev časovnem režimu merjenj. Vremenski radar prečešeozračje pri 12 različnih elevacijah med 0,5º in28,4º. Vrti se s krožno frekvenco 3 obratov na minuto(18º/s). Za celotno meritev porabi slabih 5 minut, pritem pa vzorči 32-krat zaporedoma za vsako stopinjopo azimutu. Pri tem se zanemari dejstvo, da se medvzorčevanjem antena premakne za širino snopa 0,9º.Vertikalna pokritost pri višjih elevacijah ni popolna,vendar manjkajoče elevacije niso drastične. Če biželeli izmeriti vse ozračje od elevacij 0,5° do 90°, bipotrebovali 18 minut, kar ni sprejemljivo.Letalski radar prečeše ozračje šestkrat v 24 sekundah.Vzorci so med seboj časovno oddaljeni 4 sekunde.To je z meteorološkega stališča še sprejemljivo, šezlasti zato, ker je paket pulzov sestavljen iz 32 pulzov,ki so zaradi časovne bližine medsebojno statističnoodvisni.Letalski radar ima pulzno kompresijo 75:1, kar pomeni,da iz 22,5 km (75µs) dolgih moduliranih pulzovdoseže ločljivost kratkih 1µs nemoduliranih pulzov,to je 150 m. Pulzi pa so na robovih nekoliko zglajenipo frekvenci in amplitudi. Taka nelinearna FM pulznakompresija, NLFM, je vedno bolj pogosta tudi v vremenskihradarjih. Leta 2010 je bilo po svetu nameščenihže okoli 10 operativnih vremenskih radarjev zNLFM pulzno kompresijo. Njena prednost pred klasičnoje tudi v tem, da so stranski vrhovi pri avtokorelacijiše bolj porezani, stranski oddajni frekvenčni spektertakih pulzov pa še manj onesnažen.Ker pri letalskem radarju ne poznamo višine sipalcev,prihaja do napake vertikalne paralakse (slika 6c). Talnaprojekcija sipalcev je zamaknjena naprej, in to tembolj, čim višje so. Največja je na stiku žarka pri zgornjielevaciji 30º in višino tropopavze (15 km), kjer znaša 4

POVZETEK MAGISTRSKEGA DELA45km. Radarska procesna oprema to zmanjšujes privzeto povprečno višino sipalcev. Informacij o tempa v tehničnem poročilu proizvajalca (Durand, 2009)nimamo. Letalski radar meri povprečno odbojnost vukrivljenem stolpcu na razdalji r:izmerjene odbojnosti na tla, upoštevajoč najpogostejšeoblike vertikalnih profilov odbojnosti. Ekvivalentnapovprečna radarska jakost padavin, izvedena iz Z-Rrelacije, jeOdbojnost je nato korigirana z izvedenko korekcije skonvektivnimi vertikalnimi profili odbojnosti (Dobsonin sod., 1979), ki presega okvir tega članka. Ti sovzeti iz statistične študije profilov v poletni sezoni navzhodni obali ZDA (Konrad, 1978). Korekcija projicirakjer sta a in b koeficienta iz Z-R relacije. Čeprav sopari koeficientov a, b zelo različni za konvektivnepadavinske sisteme, vzamemo standardni par, ki gana ARSO uporabljamo za stratiformne padavinskesisteme: a = 250, b = 1,5. Nemogoče je namrečSlika 5. Zgoraj: ploskovna primerjava odstopanj med povprečnimi petminutnimi akumulacijami letalskega radarja na letaiščuJožeta Pučnika Ljubljana in vremenskega radarja na Lisci v času padavinskega dogodka od 27. do 28. 8. 2010, v enotahdBR. Območja svetlomodre in svetlozelene barve na levi ter svetlomodre na desni sliki pomenijo zelo dobro ujemanje (znotrajširine razredov 5,33 dBR letalskega radarja).Spodaj: ploskovna primerjava zaznavanja padavinskih oblakov letalskega in vremenskega radarja za isti padavinski dogodek.Območja Roža, Ziljske doline ter Tolmina vidi letalski radar celo bolje. Na desni sliki so območja rumene, rdeče in vijoličnebarve, kjer letalski radar slabo ali sploh ne zazava padavinskih oblakov. To je posledica neprimerne lege v Ljubljanski kotlini.

POVZETEK MAGISTRSKEGA DELA47frekvencaodstopanja 5−min ekviv. jakosti padavinmed ATC Brnik in pluviografi2010−08−27 13:00 − 2010−08−28 21:50 UTCVIL 0 = 0.0m mdBA = −3.6dBR hRR 0 = −2.7dBR hs A = 2.7dBR hdveh območij, to je Ziljske doline in okolice Tolmina,nad Alpami ni uporaben. Kljub temu, da je vsa operativnainfrastruktura med KZPS in ARSO vzpostavljenain odlično deluje, ga ni mogoče operativno uporabljatiza potrebe spremljanja kratkoročnega napovedovanjavremena. To pa je spričo vse pogostejših vremenskihujm s spremljajočo škodo na kmetijskih površinah,infrastrukturi in zasebni lastnini zmeraj bolj aktualno.Lahko samo upamo, da bodo administrativne okoliščine,ki so botrovale tej lokaciji, v prihodnosti prepoznanein odpravljene ter prioritete v zakonodaji in miselnostina splošno bolje postavljene.0.00Virinad pluviografom dovolj nizka. Oblika porazdelitveodstopanj je približno normalna, s čimer naknadnoupravičimo izbiro logaritemskih enot dBR pri primerjaviodstopanj.Zaključek−21.32 −10.66 0.00 10.66 21.32dBR/hSlika 6. porazdelitev razlik povprečnih petminutnih jakostipadavin med letalskim radarjem in izbranimi pluviografi(dBA) za padavinski dogodek od 27. do 28. 8. 2010.Vremenski kanal letalskega radarja na letališču Brnikje primeren za merjenje konvektivnih padavinskih procesov.V primerjavi z vremenskimi radarji ima bistvenoslabšo, a še sprejemljivo merilno ločljivost 8 dBZ (5,33dBR), zato pa ima bistveno boljšo časovno ločljivost,kar 2,5 slike na minuto. Zares velika pomanjkljivostsistema je v neprimerni legi radarja v kotlini, ob samistezi letališča. Senčenje proti Alpam je izrazito in razenGTOPO30: Global Digital Elevation Model. U.S. GeologicalSurvey, 1996. Povezava: http://eros.usgs.gov/#/Find_Data/Products_and_Data_Available/gtopo30_infoDivjak, M. (2009). RNC/ARIES –Advanced Rdaar InformationEnhancing System. Specifikacija 2.0. ARSO, Ljubljana,52. str.Dobson, E. B. in sod. (1979). Detection of severe weather byFAA radars. Tehnično poročilo. FAA-RD-79-91Durand, T. (2009). Weather channel of the radar STAR2000. Tehnično poročilo. Thales Inc.. E-korespondenca medKZPS in Thales, Inc..Konrad, T. (1978). Statistical models of summer rainshowersderived from fine-scale radar observations. J. Appl.Meteorol., 17(2), strani 171-188.North, D. O. (1943). An analysis of the factors which determinesignal/noise discrimination in pulsed carrier systems.RCA Labs, 51(7): 1016-1027. Ponatis v Proceedings of IEEE.Puhakka, T. in sod. (2007). Evaluation of FM pulse compressionfor weather radars. V Proc. Of 33rd Conf. of RadarMeteorology, stran P7.6. Amer. Meteor. Soc..Kupola vremenskega radarja na Lisci in opazovalni prostor v jesenskih barvah (Foto: J.Roškar)

48POVZETKI DIPLOMSKIH NALOGIzračun prostorske porazdelitve trajanjasnežne odeje z uporabo satelitskih meritevMaruška MoleV diplomskem delu sem ovrednotila izračune vrednostitrajanja snežne odeje v pravilni mreži točk z uporaboprizemnih meritev, satelitskih meritev in kombinacijeobeh tipov meritev. Pri tem sem uporabila podatke iz190 prizemnih postaj, ki so neprekinjeno delovale vobdobju 2006 – 2011, ter satelitske podatke produktaSC2 iz aplikacije LAND SAF za isto obdobje.Z uporabo kombinacije obeh tipov meritev lahko izboljšamorezultate prostorske interpolacije za trajanjesnežne odeje. Večja prostorska gostota satelitskihmeritev pripomore k boljšemu opisu snežne odejepredvsem v visokogorju v poletnih mesecih, ko jeinterpolacija samo s prizemnimi meritvami skorajneizvedljiva zaradi premajhnega števila merilnih mestna tem območju. Večje razlike se pokažejo tudi napreostalih območjih, kjer je gostota prizemnih meritevpremajhna, da bi dobro opisala prostorsko spremenljivoststanja snežne odeje (J, JV del Slovenije).Vendar pa samo z uporabo satelitskih meritev nedobimo dobrih rezultatov, saj so vrednosti trajanjasnežne odeje nekoliko podcenjene. Podcenjenost jenajverjetneje posledica tako prostorske ločljivosti kottudi načina klasifikacije stanja v posamezni satelitskitočki. Zaradi raznolikega terena so namreč lahko razlikev osvetljenosti tal, pa tudi pokritosti s snežno odejože znotraj ene 2 km x 2 km točke precejšne. Vrednostiso najbolj podcenjene v visokogorskem in hribovitemdelu Slovenije (daljši čas prisotnosti snežne odeje,večja raznolikost reliefa) ter v zimskih mesecih (velikonedefiniranih vrednosti).Satelitske meritve zagotovo prispevajo k izboljšanju izračunatrajanja snežne odeje, vendar pa je za njihovouporabo potrebna predhodna priprava vhodnih podatkov,za katero potrebujemo prizemne podatke. Dovečjih težav s klasifikacijo stanja tal prihaja predvsemv zimskih mesecih, pa tudi v jesenskih, ko se snežnameja spušča, in spomladanskih, ko se snežna odejatali.Satelitske meritve prinesejo pomembno dodatno informacijopredvsem pri interpolaciji vrednosti pri višjihnadmorskih višinah v poletnih mesecih, kjer trajanjesnežne odeje z uporabo samo prizemnih meritev precenimo.Večje razlike se pojavijo tudi jeseni in spomladi,ko se prisotnost snežne odeje z višino zelo spreminjazaradi novega snega oziroma taljenja snega. V tehmesecih samo z uporabo prizemnih meritev trajanjesnežne odeje podcenimo. Predvsem spomladi lahkos pomočjo satelitskih meritev zajamemo tudi razlikemed prisojnimi in osojnimi legami.Slika 1. Primerjava izračunov prostorske porazdelitve snežne odeje z uporabo različnih podatkov.

POVZETKI DIPLOMSKIH NALOG49Verifikacija padavin v klimatskem modeluEC-EarthMatic ŠavliPadavine so ena od osnovnih komponent klimatskegasistema. Njihova porazdelitev je močno odvisna odčasa in prostora. Padavine je zato težko natančno meriti,modelirati in prav tako verificirati. V diplomskemdelu je prikazana verifikacija padavin klimatskegamodela EC-Earth. To je nov klimatski model, ki ga podvodstvom Nizozemskega meteorološkega inštitutarazvijajo številni evropski inštituti in univerze. Skupnemesečne padavine iz modela so verificirane z dvemanizoma podatkov. Krajši niz, ki obsega 13 let (1998-2011), so predstavljale meritve iz satelita TRMM.Daljši niz, ki obsega 32 let (1979-2011), pa je predstavljalareanaliza ERA-Interim. Celotno obdobje uporabljenihklimatskih simulacij obsega 161 let (1850-2011). Poleg analize padavin v treh obdobjih je bilanarejena tudi analiza notranje variabilnosti modela naosnovi treh različnih simulacij EC-Earth za zgodovinskoobdobje 1850-2011.Najprej so primerjane padavine iz klimatskega modelas padavinami iz meritev in reanalize v obdobju meritevTRMM. Ugotovljeno je bilo, da tako model kot tudi reanalizav povprečju precenjujeta meritve. Vendar se jeizkazalo, da je model bližji meritvam kot renalize, karje bilo nekoliko nepričakovano. Padavine v reanalizisistematično odstopajo od meritev TRMM neodvisnood količine padavin. EC-Earth pa šibkejše padavine vpovprečju precenjuje, bolj intenzivne padavine pa podcenjuje.Prostorske razlike v padavinah so pomembnepredvsem v tropskem pasu na območjih Pacifika, Indijskegaoceana in Atlantika.Primerjava padavin modela v različnih obdobjih nipokazala večjih variacij. Primerjava med zgodovinskimobdobjem 1850-2011 in obdobjem 1979-2011 jepokazala, da so razlike v povprečju manjše od 20%povprečne količine padavin. Do večjih variacij pridepredvsem v Pacifiku, v povprečju pa klimatologija padavinza daljše obdobje kaže nekoliko nižjo intenzitetopadavin kot v obeh krajših obdobjih.Slika 1. Povprečne letne padavine v klimatskem modeluEC-Earth v [mm/dan] (zgoraj). Razlika povprečnih padavinv [mm/dan] med modelom EC-Earth in meritvami TRMM(sredina) in razlika med modelom EC-Earth in reanalizo ERA-Interim (spodaj). Povprečevanje je bilo narejeno za časovnoobdobje meritev TRMM (1998-2011). Os x predstavlja vzhodnozemljepisno dolžino, os y pa zemljepisno širino.Analiza notranje variabilnosti modela je opisana sstandardnim odklonom padavin vseh treh simulacij.Pokazalo se je, da standardni odklon ni značilnoodvisen od lokacije na Zemlji. Izkazalo se je tudi, da jeodklon nekoliko večji za stratiformne padavine kot zakonvektivne, čeprav v povprečju ta ne presega 10%količine padavin. Variabilnost je nekoliko večja v zmernihširinah kot v tropskem pasu.V splošnem so padavine v klimatskem modelu EC-Earth dobro primerljive z reanalizo ERA-Interim, nakrajšem obdobju pa je EC-Earth bližji meritvam kotreanaliza.Slika 2. Meridionalni profil zonalno povprečenihpadavin v časovnem obdobjuTRMM v [mm/dan] v odvisnosti od zemljepisneširine. Rdeča krivulja predstavljaTRMM, modra reanalizo ERA-Interimin črna model EC-Earth. Slika levo predstavljaglobalno povprečje, slika v sredinipredstavlja povprečje nad kopnim in slikadesno povprečje na morskih območjih.