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Wetteranalyse auf triangulären Gittern mit dem VERA Verfahren
Martin Schneider
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Meteorologie
Betreuer*in
Manfred Dorninger
DOI
10.25365/thesis.62464
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-25113.85265.742577-4
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Das Analyseverfahren VERA (Vienna Enhanced Resolution Analysis) wurde beginnend im Jahr 1995 am Institut für Meteorologie und Geophysik der Universität Wien unter der Leitung von Prof. Rein- hold Steinacker entwickelt. Seither wurde es kontinuierlich verbessert und in verschiedenen Anwen- dungsgebieten genutzt. Mit VERA können unregelmäßig verteilte meteorologische Messdaten auf ei- nem regelmäßiges Gitter analysiert werden. Neben der Interpolation wird gleichzeitig ein Downsca- ling durch die Verwendung von hoch aufgelösten Fingerprintfeldern durchgeführt. In der bisherigen Variante erfolgt dabei die Berechnung des Analysefeldes auf einem rechteckigen Gitter. Einerseits bringt diese Tatsache Vorteile in der einfachen mathematischen Formulierung und effizienten Be- rechnung mit sich, andererseits ist sie mit wesentlichen Einschränkungen (u.a. ausschließlich recht- eckige Form der Analysedomäne möglich, fixierte bzw. konstante räumliche Auflösung, Meridian- konvergenz bei globaler Analyse) verbunden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Machbarkeitsnachweis des Analyseverfahren VERA auf einem triangulären Gitter erbracht. Dabei wurden die Prinzipien und Annahmen der konventionellen Me- thode (Standard-VERA auf rechteckigem Gitter) erhalten. Der grundlegende Ansatz in der triangulä- ren VERA besteht im Ausdruck der Analysewerte durch Taylorreihenentwicklungen der benachbarten Werte. Die darin enthaltenen ersten und zweiten Ableitungen in x- und y-Richtung werden explizit ausgedrückt und wie in der Standard-VERA eine Kostenfunktion der Summe dieser quadrierten Ab- leitungen minimiert. Unregelmäßig verteilte Stationsdaten werden mit Hilfe einer Stationsmatrix auf das Dreiecksgitter interpoliert und dabei baryzentrisch gewichtet. Auch das Fingerprintkonzept wur- de mit konstanten Fingerprintgewichten für die trianguläre VERA übernommen.
Ein Vergleich zwischen triangulärer und Standard-VERA für idealisierte Stationsdaten zeigte weder relevante positive, noch negative Qualitätsunterschiede. Es scheint somit möglich, die Vorteile der triangulären VERA ohne Qualitätsverlust in der Analyse ausschöpfen zu können. Diese inkludieren die beliebige geometrische Form der Analysdomäne, die Möglichkeit der lokalen Verdichtung des Gitters bzw. variable räumliche Auflösung, die Möglichkeit einer globalen Analyse und eine räumlich variable Dimensionserweiterung.
Abstract
(Englisch)
The analysis method VERA (Vienna Enhanced Resolution Analysis) was developed at the Department of Meteorology and Geophysics at the University of Vienna. Starting in 1995 under the direction of Prof. Reinhold Steinacker, the method was continuously improved and used in different areas of application. The VERA method interpolates irregularly distributed meteorological observation data to a regular grid. Along with the interpolation, a downscaling is executed through the usage of high- resolved fingerprint fields. In the conventional version of VERA, the analysis is calculated on a rectan- gular grid. While this leads to advantages of straightforward mathematical formulations and efficient computation, it implicates a number of constraints (e.g. rectangular shape of spatial domain, fixed spatial resoultion, convergence of meridians for global analysis).
This master thesis demonstrates the proof of concept for the computation of the VERA method on a triangular grid, maintaining the principles and assumptions of the conventional method. The fun- damental approach of the triangular VERA is found in the expression of the analysis values through taylor series of the neighboring values. The first and second derivations of the series along the x- and y-coordinates are expressed explicitly. As in the conventional formulation of VERA, a cost function of the sum of these squared derivations is minimized. Irregularly distributed station data is interpo- lated on the triangular grid through barycentric weighting. The fingerprint concept is applied in the triangular VERA for constant fingerprint weights.
A comparison between triangular and conventional VERA with idealized station data did not reveal any substantial positive or negative quality differences. Therefore, it seems that the advantages of the triangular version can be used without any loss of quality. These include the arbitrary geometrical shape of the analysis domain, the possibility of using varying spatial resolution, the possibility of computation of a global analysis and the spatially varying extension of dimensions.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Weather analysis triangular grids VERA Vienna Enhanced Resolution Analysis
Schlagwörter
(Deutsch)
Wetteranalyse trianguläre Gitter VERA Vienna Enhanced Resolution Analysis
Autor*innen
Martin Schneider
Haupttitel (Deutsch)
Wetteranalyse auf triangulären Gittern mit dem VERA Verfahren
Paralleltitel (Englisch)
Weather analysis on triangular grids based on the VERA method
Publikationsjahr
2020
Umfangsangabe
ii, 75 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Manfred Dorninger
AC Nummer
AC15723610
Utheses ID
55213
Studienkennzahl
UA | 066 | 614 | |