Neue Kooperation mit dem rumänischen Wetterdienst

Im Rahmen des von der ESA (European Space Agency) geförderten Projektes SiAiR „Satellite & in-situ Information for Advanced Air Quality Forecast Services“ unterstützt die ZAMG die Kollegen des rumänischen Wetterdienstes bei der Implementierung eines Luftqualitätsvorhersagemodells. Die Aufgabe der ZAMG ist die Bereitstellung und Installation von Datenassimilationsroutinen für die Bodenmessungen von Schadstoffen. Für die Vorhersagen wird, wie an der ZAMG, das on-line gekoppelte Luftqualitätsvorhersagemodell WRF/Chem verwendet. Ziel des Projektes ist, die täglich verfügbaren Schadstoffmessungen des rumänischen Luftgütemessnetzes in das Modellsystem zu integrieren.

Die Verfahren zur Anpassung der  modellierten Ozonkonzentrationen an die Messwerte werden an der ZAMG schon seit einigen Jahren durchgeführt und konnten die Luftqualitätsvorhersagen stark verbessern:

Zur Veranschaulichung des Verfahrens ist in Abbildung 1 (links) exemplarisch für einen ausgewählten Zeitpunkt die flächenhafte Verteilung der modellierten Ozonwerte (ohne Datenassimilation) im Vergleich zu den gemessenen Konzentrationen an den Messstellen (farbige Punkte) dargestellt. Die Messungen wurden an diesem Tag vom Modell stark überschätzt. Mittels Optimum Interpolation konnten die Modellwerte im Bereich der Messwerte angepasst werden (Abbildung 1, rechts) und somit eine Verbesserung der Modellanfangsbedingungen erfolgen.

Abbildung 1: exemplarische Ozonverteilung - die vorhergesagten Modellwerte sind flächenhaft dargestellt, die gemessenen Werte werden als farbige Punkte dargestellt. Links: Modellwerte ohne Rückkoppelungen mit Messwerten. Rechts: Modellwerte wurden mittels Optimum Interpolation (Mitte) im Bereich der Messstellen angepasst.

Abbildung 2 zeigt anhand einer ausgewählten Episode im Sommer 2009, dass mit einer laufenden Rückkoppelung des Modells mit Messwerten eine wesentliche Verbesserung der Modellvorhersagen erzielt werden kann. Der Wertebereich der Messungen wird in der Abbildung durch die grauen Flächen gekennzeichnet. Sie gibt den Bereich von der Station mit den kleinsten Konzentrationswerten (Tagesmittelwert) bis zur Station mit den höchsten Konzentrationswerten an den einzelnen Tagen an. Für das Modell sind nur die Werte für das gesamte betrachtete Gebiet dargestellt. Die beste Übereinstimmung der Vorhersagen mit den Messungen in dieser Graphik wäre, wenn die Modellvorhersagen im Bereich der Mitte der grauen Fläche (Mittelwert der Messungen: gestrichelte Linie) verlaufen. Die Modellvorhersagen mit Datenassimilation (grün) laufen für die meisten Tage praktisch entlang der gestrichelten Linie, und geben somit das gemessene Gebietsmittel sehr gut wieder. Der Modellauf ohne Datenassimilation (rot) hingegen überschätzt die Mittelwerte bzw. liegt am oberen Rand der grauen Fläche.

Abbildung 2: Tagesmittelwerte von Ozon im August 2009 im Ozonüberwachungsgebiet 1 (Nordostösterreich). Grau: Messungen. Rot: Modellauf ohne Datenassimilation. Grün: Modellauf mit Datenassimilation.