a felszínközeliszélsebesség xxi. században várható változása az ... - met.hu · 2016. 2....
TRANSCRIPT
A felszínközeli szélsebesség XXI. században
várható változása az ALADIN-Climate
regionális éghajlati modell alapján
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
Illy Tamás
Országos Meteorológiai Szolgálat
A felszínközeli szélsebesség XXI. században
várható változása az ALADIN-Climate
regionális éghajlati modell alapján
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
1. Bevezetés2. Módszertan3. Validációs eredmények4. Projekció5. Összegzés
Illy Tamás
Országos Meteorológiai Szolgálat
1. Bevezetés• 2014 Diplomamunka: Szélenergia becslések regionális éghajlati modellek alapján.
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
• Módszertan fejlesztése� Több szint vizsgálata� 6 órás időbeli felbontás� Modellszinti adatok felhasználása� Más referencia
� 100 m-es szélsebesség vizsgálata� Havi átlagok alapján� Magassági szél a 10 m-es szélből
származtatva profil illesztéssel� Referencia: HUGRID, CARPATCLIM
1. Bevezetés• 2014 Diplomamunka: Szélenergia becslések regionális éghajlati modellek alapján.
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
CÉLKITŰZÉS• Modellezett szélsebesség vizsgálata több magassági szinten – profil validáció (1981-2000)• Jövőbeli lehetséges megváltozások - RCP8.5• 2021-2050, 2071-2100, referencia: 1971-2000
� Szélsebesség� Potenciális teljesítmény
� 100 m-es szélsebesség vizsgálata� Havi átlagok alapján� Magassági szél a 10 m-es szélből
származtatva profil illesztéssel� Referencia: HUGRID, CARPATCLIM
• Módszertan fejlesztése� Több szint vizsgálata� 6 órás időbeli felbontás� Modellszinti adatok felhasználása� Más referencia
• Modellszimulációk
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
2. Módszertan
ALADIN_ERA-Interim ALADIN_EUR44
Horizont. felbontás 10 km
Vertikális szintek 31
Output frekvencia 6 h
Peremfeltételek ERA-Interim re-analízis EUR44 ALADIN-Climate
Peremfeltételek
felbontása80 km 50 km
Modellezett időszak 1980 - 2010 1950 - 2100
Szcenárió - RCP 8.5
ALADIN-Climate domborzat
• Modellszimulációk
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
2. Módszertan
ALADIN_ERA-Interim ALADIN_EUR44
Horizont. felbontás 10 km
Vertikális szintek 31
Output frekvencia 6 h
Peremfeltételek ERA-Interim re-analízis EUR44 ALADIN-Climate
Peremfeltételek
felbontása80 km 50 km
Modellezett időszak 1980 - 2010 1950 - 2100
Szcenárió - RCP 8.5
Szélsebesség 10 m, 50 m, 75 m, 100 m, 125 m, 150 m
ALADIN-Climate domborzat
• Referencia
• ERA-Interim re-analízis modellszinti szélsebesség
• Re-analízis: megfigyelésekből és rövidtávú előrejelzésekből adatasszimilációs technikával előállított globális 3 D-s meteorológiai mezők.
• Felszínkövető-nyomási hibrid vertikális koordináta
• 60 szint
• �� � �� � �� ∙ �����
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
(Dee et. al. 2011: The ERA-Interim reanalysis: configuration and performance ofthe data assimilation system, Q. J. R. Meteorol. Soc. 137: 553–597)
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
Feladat: modellszinti adatokból adott felszín feletti
magasság szélsebességének számítása
• Referencia
• ERA-Interim re-analízis modellszinti szélsebesség
• Re-analízis: megfigyelésekből és rövidtávú előrejelzésekből adatasszimilációs technikával előállított globális 3 D-s meteorológiai mezők.
• Felszínkövető-nyomási hibrid vertikális koordináta
• 60 szint
• �� � �� � �� ∙ �����
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
Feladat: modellszinti adatokból adott felszín feletti
magasság szélsebességének számítása
MODELL
REFERENCIA
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
0 2 4 6 8
Fe
lszí
n f
ele
tti
ma
ga
ssá
g [
m]
Szélsebesség [m/s]
lvl 60
lvl 59
lvl 58
lvl 57
lvl 56
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
MODELL
REFERENCIA
Feladat: modellszinti adatokból adott felszín feletti
magasság szélsebességének számítása
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
0 2 4 6 8
Fe
lszí
n f
ele
tti
ma
ga
ssá
g [
m]
Szélsebesség [m/s]
lvl 60
lvl 59
lvl 58
lvl 57
lvl 56
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
MODELL
REFERENCIA
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
0 2 4 6 8
Fe
lszí
n f
ele
tti
ma
ga
ssá
g [
m]
Szélsebesség [m/s]
h=74 m
h=135 m
Feladat: modellszinti adatokból adott felszín feletti
magasság szélsebességének számítása
1.) Modellszintek magasságának kiszámolása [�����, �� , ��]
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
MODELL
REFERENCIA
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
0 2 4 6 8
Fe
lszí
n f
ele
tti
ma
ga
ssá
g [
m]
Szélsebesség [m/s]
h=74 m
h=135 m
Feladat: modellszinti adatokból adott felszín feletti
magasság szélsebességének számítása
1.) Modellszintek magasságának kiszámolása [�����, �� , ��]
2.) Interpoláció• Profil: �� � ���� ��⁄ �
• � 0.2
• Két interpolált érték súlyozott átlaga
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
MODELL
REFERENCIA
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
0 2 4 6 8
Fe
lszí
n f
ele
tti
ma
ga
ssá
g [
m]
Szélsebesség [m/s]
h=74 m
h=135 m
h=225 m
h=35 m
Feladat: modellszinti adatokból adott felszín feletti
magasság szélsebességének számítása
1.) Modellszintek magasságának kiszámolása [�����, �� , ��]
2.) Interpoláció• Profil: �� � ���� ��⁄ �
• � 0.2
• Két interpolált érték súlyozott átlaga
• Ismétlés minden szintre, minden rácspontra
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
MODELL
REFERENCIA
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
0 2 4 6 8
Fe
lszí
n f
ele
tti
ma
ga
ssá
g [
m]
Szélsebesség [m/s]
h=74 m
h=135 m
h=225 m
h=35 m
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
0 2 4 6 8
Fe
lszí
n f
ele
tti
ma
ga
ssá
g [
m]
Szélsebesség [m/s]
Feladat: modellszinti adatokból adott felszín feletti
magasság szélsebességének számítása
1.) Modellszintek magasságának kiszámolása [�����, �� , ��]
2.) Interpoláció• Profil: �� � ���� ��⁄ �
• � 0.2
• Két interpolált érték súlyozott átlaga
• Ismétlés minden szintre, minden rácspontra
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
0 2 4 6 8
Fe
lszí
n f
ele
tti
ma
ga
ssá
g [
m]
Szélsebesség [m/s]
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
MODELL
REFERENCIA
Feladat: modellszinti adatokból adott felszín feletti
magasság szélsebességének számítása
1.) Modellszintek magasságának kiszámolása [�����, �� , ��]
2.) Interpoláció• Profil: �� � ���� ��⁄ �
• � 0.2
• Két interpolált érték súlyozott átlaga
• Ismétlés minden szintre, minden rácspontra
• Éves átlagos relatív hibák (1981-2000)
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
3. Validációs eredmények
AL_ERAI
AL_EUR44
10 m -15 %
%
100 m -8 % 150 m -1 %
10 m -28 % 100 m -25 % 150 m -22 %
• Nagy bizonytalanság a referenciákban
• AL_EUR44: alulbecslés, de az éves menet megfelelő
• AL_ERAI: kisebb hibák de az éves menetet nem adja vissza
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
J F M Á M J J A Sz O N D
Szé
lse
be
ssé
g [
m/s
]
Szélsebesség átlagos éves menete
Magyarországon
ERAI 10m AL_ERAI_10m
HUGRID 10m AL_EUR44_10m
CARPATCLIM
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
Szé
lse
be
ssé
g [
m/s
]
Szélsebesség 20 éves menete Magyarországon
ERAI 10m ERAI 100m
ERAI 150m AL_ERAI 10m
AL_ERAI 100m AL_ERAI 150m
• Hiba a felszínen nagyobb• Évek közötti „változékonyságot” a modell jól
követi
• Rácspontbeli szélprofil (1981-2000)• AL_EUR44: konstans negatív hiba
• AL_ERAI: negatív és pozitív hiba
• Szárazföld és tenger feletti szélprofil eltérő jellegét jól reprodukálja a modell
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
AB
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 1 2 3 4 5 6 7
Fe
lszí
n f
ele
tti
ma
ga
ssá
g [
m]
Szélsebesség [m/s]
ERAI
AL_ERAI
AL_EUR44
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 1 2 3 4 5 6 7
Szélsebesség [m/s]
ERAI
AL_ERAI
AL_EUR44
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 1 2 3 4 5 6 7
Fe
lszí
n f
ele
tti
ma
ga
ssá
g [
m/s
]
Szélsebesség [m/s]
ERAI
AL_ERAI
AL_EUR44
C B
A
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 1 2 3 4 5 6 7
Fe
lszí
n f
ele
tti
ma
ga
ssá
g [
m]
Szélsebesség [m/s]
ERAI
AL_ERAI
AL_EUR44
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 1 2 3 4 5 6 7
Szélsebesség [m/s]
ERAI
AL_ERAI
AL_EUR44
A
B
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 1 2 3 4 5 6 7
Fe
lszí
n f
ele
tti
ma
ga
ssá
g [
m/s
]
Szélsebesség [m/s]
ERAI
AL_ERAI
AL_EUR44
C
A B
C
100 m AL_ERAI-ERAI
• Rácspontbeli szélprofil (1981-2000)• AL_EUR44: konstans negatív hiba
• AL_ERAI: negatív és pozitív hiba
• Szárazföld és tenger feletti szélprofil eltérő jellegét jól reprodukálja a modell
• Szélsebesség megváltozása• 2021-2050: tartomány nagy
részén enyhe növekedés
• 2071-2100: Alpok és déli területek csökkenés
• Éves átlagban 4-6 % változás
• Évek közötti változékonyság: 5-6 % (Szórás/éves átlag)
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
4. Projekció
100 m +6 % 100 m +4 %
2021-2150 2071-2100
150 m +6 % 150 m +4 %
%
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
• Évszakos változások• Nyár kivételével egységes kép
• Nyáron erős növekedés a tengerek felett
(20-30 %)
100 m
100 m Éves MAM JJA SON DJF
2021-2050 6 4 6 7 9
2071-2100 4 2 5 4 7
A 100 m-es szélsebesség magyarországi relatív megváltozása
(referencia időszak: 1971-2000).
%
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
100 m
• Évszakos változások• Nyár kivételével egységes kép
• Nyáron erős növekedés a tengerek felett
(20-30 %)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
Fe
lszí
n f
ele
tti
ma
ga
ssá
g [
m]
Szélsebesség [m/s]
1971-2000 2021-2050 2071-2100
+ 24%
+ 23%
+ 22%
+ 20%
+ 19%
+ 29%
%
C - JJA
• B pontbeli szélprofil• nyári növekedés nem változik a
magassággal
• Télen a növekedés erősebb a felszíntől távolodva
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
A
B
0
20
40
60
80
100
120
140
160
2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
Fe
lszí
n f
ele
tti
ma
ga
ssá
g [
m]
Szélprofilok B pontban
1971-2000 2021-2050 2071-2100
0
20
40
60
80
100
120
140
160
2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0Fe
lszí
n f
ele
tti
ma
ga
ssá
g [
m]
Szélsebesség [m/s]
1971-2000 2021-2050 2071-2100
B - JJA
B - DJF
• Potenciális teljesítmény megváltozása• Átlagos éves változás hazánkban: 8-13 %
• Tengereken nyári növekedés
• Ősz, tél: Kárpátok mentén növekedés
• Alpok: csökkenő tendencia
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
100 m
% Éves MAM JJA SON DJF
2021-2050 13 7 13 13 16
2071-2100 8 3 7 7 14
A potenciális teljesítmény magyarországi relatív megváltozása 100
m-es magasságban (referencia időszak: 1971-2000).
• Kitekintés: Tobin et al. 2014: Assessing climate change impacts on European wind energy from ENSEMBLES high-resolution climateprojections• ENSEMBLES
• 6 GCM, 10 RCM
• 15 regionális szimuláció
(25 km)
• A1B szcenárió
• É-Európa: enyhén növekvő
potenciál
• D-Európa: enyhén csökkenő
potenciál
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
4. Projekció
(1971-2000) (2031-2060) (2071-2100)
• Szélsebesség vizsgálata új módszertan alkalmazásával
• Validáció referencia: ERA-Interim re-analízis• Modell többnyire alulbecsli a szélsebességet
• Az átlagos hiba a magassággal csökken
• Projekció (RCP8.5)• Csekély pozitív változások a szélsebességben (hazánkban + 4-6 %)
• Érdekes lokális erősödések a tengeri rácspontok felett Okait érdemes lenne vizsgálni (pl. szélirány, napi menet)
• Potenciális teljesítmény (hazánkban +8-13 %)
• További tervek: több modell bevonása a vizsgálatba!
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
5. Összegzés
• Szélsebesség vizsgálata új módszertan alkalmazásával
• Validáció referencia: ERA-Interim re-analízis• Modell többnyire alulbecsli a szélsebességet
• Az átlagos hiba a magassággal csökken
• Projekció (RCP8.5)• Csekély pozitív változások a szélsebességben (hazánkban + 4-6 %)
• Érdekes lokális erősödések a tengeri rácspontok felett Okait érdemes lenne vizsgálni (pl. szélirány, napi menet)
• Potenciális teljesítmény (hazánkban +8-13 %)
• További tervek: több modell bevonása a vizsgálatba!
ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLAT KLÍMAMODELLEZŐ CSOPORT
5. Összegzés
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET! email: [email protected]