תחזיות משקעים עונתיות ברזולוציה מרחבית גבוהה על ידי שילוב של ירידה בסקלה סטטיסטית ודינמית

1. תחזיות משקעים עונתיות ברזולוציה מרחבית גבוהה על ידי שילוב של ירידה בסקלה סטטיסטית ודינמית דוריטהרוסטקייר-אדלשטיין, פבל קונין, עמיר גבעתי Yubao Liu, Wanli Wu, Ming Ge, Gael Descomes, Tom Warner, Scott Swerdlin המכון למחקר ביולוגי רשות המים NCAR

2. מוטיבציה • תכנון מראש של השימוש במשאבי המים העומדים לרשות מדינת ישראל. • תחזיות אטמוספריות עונתיות גלובליות (לרבות משקעים) כגון NCEP, ECMWF ו-UK Met Office זמינות באופן חופשי על רשת האינטרנט אך ניתנות ברזולוציה מרחבית גסה. תחזית CFS (NCEP) לנובמבר 2009 (הצגה גרפית על ידי המחברים)

3. מוטיבציה, המשך • אזורי העניין סביב הכינרת והאקוויפרים מאופיינים על ידי טופוגרפיה, מאפייני קרקע וקו חוף מורכבים לא פתורים במודל גלובלי. מאפייני קרקע טופוגרפיה מביאים לפריסה מורכבת של המשקעים (המשתנה משנה לשנה כתוצאה מהתפלגות המערכות הסינופטיות)

4. התפרוסת המרחבית של המשקעים המשתנה משנה לשנה כתוצאה מהשינוי בהתפלגות המערכות הסינופטיות והאינטראקציה שלהן עם פני השטח המורכבים. 1998-1999 משקעים עונתיים (ספט'-מאי) מערכות סינופטיות (ספט'-מאי) מעט שקעים RST PT HIGH Winter Lows Sharav Alpert et al., 2004 Saaroni et al., 2010

5. התפרוסת המרחבית של המשקעים המשתנה משנה לשנה. 1991-1992 משקעים עונתיים (ספט'-מאי) מערכות סינופטיות (ספט'-מאי) יותר שקעים RST PT HIGH Winter Lows Sharav

6. התפרוסת המרחבית של המשקעים המשתנה משנה לשנה. 2002-2003 משקעים עונתיים (ספט'-מאי) מערכות סינופטיות (ספט'-מאי) יותר שקעים לצפון (יחסית) RST PT HIGH Winter Lows Sharav

7. צורך בעידון התחזיות העונתיות

8. ירידה סטטיסטית בסקלה 1. שלב הלמידה מאגר היסטורי של תחזיות אטמוספריות עונתיות גלובליות מאגר היסטורי של של תצפיות משקעים חופפים בזמן מזווגים (paired) אומדנים Predictands אמדים Predictors קשרים סטטיסטייםבין • תחזיות עונתיות גלובליות • תצפיות משקעים אמדים Predictors אומדנים Predictands תחזיות עונתיות של משקעים באתרי התצפיות בזמן אמת • תחזיות אטמוספריות • עונתיות גלובליות • בזמן אמת 2. שלב התחזית

9. ירידה סטטיסטית בסקלה: המידע הנחוץ • מאגר ארוך זמן של תחזיות גלובליות: • קיים מאגרשל 29 שנים של תחזיות גלובליות יומיות של CFS (תחזית ל-0-9 חודשים קדימה). • מאגר ארוך זמן של רשת צפופה של תצפיות משקעים: • קיימים מאגרים של תצפיות משקעים יומיות בארץ:שמ"ט, רשות המים,משרד החקלאות,מקורות, מחקר ופיתוח צפון. • דרישה: חפיפה בזמן בין שני המאגרים • מגבלות: • לא כל מאגרי התצפיות נגישים במלואם. • אי-רציפות בזמן של התצפיות. • תהליך בקרת האיכות של מאגרי התצפיות השונים לא ברור.

10. סגירת הפער: שילוב של ירידה דינמית בסקלה 1. יצירת קלימטוגרפיה של משקעים ברזולוציה גבוהה מאגר היסטורי של ריאנליזות גלובליות (NCAR/NCEP) מאגר היסטורי של תצפיות מטאורולוגיות טופוגרפיה ושימושי קרקע ברזולוציה גבוהה ירידה דינמית בסקלה באמצעות WRF+הטמעת תצפיות קלימטוגרפיה של משקעים בסריג ברזולוציה גבוהה 2. ירידה סטטיסטית בסקלה ותחזית • מציאת קשרים סטטיסטייםבין • תחזיות עונתיות גלובליות • קלימטוגרפיה של משקעים בסריג ברזולוציה גבוהה • תחזיות אטמוספריות • עונתיות גלובליות • בזמן אמת תחזיות עונתיות של משקעים • בסריג ברזולוציה גבוהה בזמן אמת

11. ירידה סטטיסטית בסקלה: אלגוריתם KNN (K-Nearest Neighbors) • קצב משקעים (precipitation rate). • Precipitable water • לחץ פני הים • גובה גיאופוטנציאלי ב-500 מ"ב. • טמפרטורה בגובה 2 מ' מעל לקרקע. • רוח בגובה 10 מ' מעל לקרקע. • טמפרטורת פני הים • בחירת וקטור X של אמדיםגלובליים • חישוב מטריצת covariances בין האמדים • מתוך המאגר ההיסטורי • C=XTX • חישוב מרחק Mahalanobisבין • המצבים הגלובליים במאגר ההיסטורי. • התחזית הגלובלית בזמן אמת. • בחירת “ranks” K הגבוהים ביותר לפי המרחק. • דיגום מאגר התצפיות או הקלימטוגרפיה של המשקעים לפי ה-ranks • חישוב של תחזית משקעים (ממוצע עם משקלים לפי ה-(ranks. המצבים הגלובליים במאגר ההיסטורי והתצפיות במאגר ההיסטורי מזווגות (paired).

12. תוצאות ראשוניות: בחינת האלגוריתם תחזית חודשיים קדימה בזמן לנובמבר 2009 בבן-גוריון ממוצע רב שנתי נובמבר 2009 תחזית נובמבר 2009 תצפיות

13. D2 DX: 13.5km D3 DX:4.5km תוצאות ראשוניות- קלימטוגרפיה מודל מול תצפיות -גשם מצטבר בין 10 נובמבר 2008–22 מרץ 2009 D1 DX: 40.5km 100x100 km2 D4 DX:1.5km

14. סיכום • הוצגה שיטה לעידון הרזולוציה המרחבית של תחזיות עונתיות גלובליות של משקעים. • העידון נעשה באמצעות ירידה סטטיסטית בסקלה בעזרת אלגוריתם KNN. • השיטה עושה שימוש במודל חיזוי עונתי גלובלי, בתצפיות משקעים נקודתיות ובקלימטוגרפיה של משקעים בסריג עדין. • הקלימטוגרפיה העדינה מחושבת באמצעות ירידה דינמית בסקלה ע"י מודל WRF והטמעת תצפיות אזוריות. • הוצגו תוצאות ראשוניות, העבודה נמשכת - נתראה בכנס הבא.

15. תודות • איזבלה אוסטינסקי • מרק פלג ממשרד החקלאות • מקורות • מו"פ צפון