Nachhaltigkeit operationeller Dienste des BSH

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1 Workshop Mehr Sicherheit und Effizienz durch detaillierte Zustandserfassung und Vorhersagen Nachhaltigkeit operationeller Dienste des BSH Stephan Dick, BSH 28. November 2013, Hamburg

2 Gliederung Einführung "nachhaltig" "operationelle Dienste" Gezeitendienst Wasserstandsvorhersage-/Sturmflutwarndienst Eisdienst Operationelle Modellierung Strömungs- und Ausbreitungsvorhersagen Zusammenfassung / Ausblick Operationelle Dienste des BSH, S.Dick 2

3 Marine Dienste Europäische Dienste Im Rahmen des Copernicus-Programms der EU (ehemals GMES) werden ab 2014/2015 für ganz Europa zentrale operationelle Erdbeobachtungsdienste betrieben, die für Europa einen unabhängigen Zugang zu verlässlichen Erdbeoachtungsinformationen dauerhaft sicherstellen sollen. Der Aufbau der Marinen Copernicus Dienste läuft derzeit über Projekte MyOcean/MyOcean2. MyOcean liefert derzeit schon kontinuierlich Daten über den Zustand des globalen Ozeans und europäischer Seegebiete Großräumige Daten zum physikalischen Zustand der des Meeres und zum Ökosystem Dienste sind kostenlos und frei verfügbar (Registrierung) Einheitlicher Zugang über Portal: Operationelle Dienste des BSH, S.Dick 3

4 Marine Dienste Nationale Dienste Aktuelle Informationen, Vorhersagen, Warnungen für deutsche Seegebiete Hohe zeitliche und räumliche Auflösung Auskünfte, Beratungen, Gutachten Starke Orientierung an Interessen deutscher Nutzer Kontinuierliche Validierung FuE zur Verbesserung der Dienste und zu aktuellen Fragestellungen Operationelle Dienste des BSH, S.Dick 4

5 Randbedingungen und Anforderungen Operationeller Betrieb Es werden permanent aktuelle Daten und Informationen verarbeitet und bereitgestellt Die von den Diensten generierten Informationen/ Produkte müssen zu festgelegten Zeitpunkten verfügbar sein! 'Feuerwehrprinzip', d.h. Verfügbarkeit zu jeder Zeit für einige Dienste (z.b. Driftrechnungen) Nachhaltigkeit Dienste müssen zuverlässig und dauerhaft bereitstehen Produkte nach Stand von Wissenschaft und Technik Operationelle Dienste des BSH, S.Dick 5

6 Gezeitendienst Hauptaufgaben: Gezeitenanalyse und Vorausberechnung Verbesserung der Analyseund Vorhersagemethoden Gezeitentafeln, -kalender und -karten Wasserstandserrechnungskarten für Seevermessung Auskünfte Operationelle Dienste des BSH, S.Dick 6

7 Wasserstandsvorhersageund Stumflutwarndienste Wasserstandsvorhersagedienst, Sturmflutwarndienst Hamburger Fischmarkt am

8 Womit? => Verfahren und Methoden Stau-Modell "Nordsee" Flußmodelle Elbe, Weser, Ems Operationelle Modelle Nord- und Ostsee MOS Model Output Statistics Empirische analytische Verfahren Neuronale Netzwerke EHS Vorhersage Operationelle Dienste des BSH, S.Dick 8

9 Verteilung und Ausgabe MOS (Model Output Statistics) mit Kurvenvorhersage für 6 Tage Juni Wiss Beirat AGeoBW 9

10 künftige Aktivitäten Erweiterung des Gezeiten- und Wasserstandsvorhersagedienstes auf Offshore-Gebiete Entwicklung von Tidefahrplänen für die Reviere Weiterentwicklung von Beschickungsverfahren (vor allem für Offshore-Bereiche) Angabe von Schwankungsbreiten und Unsicherheiten

11 Eisdienst Juni Wiss Beirat AGeoBW 11 11

12 Eisdienst Aufgaben Beratung der Schifffahrt Herausgabe der Eisprodukte verschiedene Eisberichte (z.b. Wochenbericht, Amtsblatt, German Ice Report, Rundfunkbericht), Eiskarten Auskünfte und Gutachten Auswertungen / Eisklimatologie Juni Wiss Beirat AGeoBW BSH-Eiskarte der westlichen Ostsee vom

13 Weiterentwicklungen im Eisdienst Beispiel: Ermittlung der Eiskonzentration aus Satellitendaten (Projekt IRO-2) Eiskonzentration aus AMSR-2 Daten Ermittelte Eiskonzentration im Vergleich zur Eiskarte des BSH TerraSAR-X-Aufnahme nördl. Ostsee ( , Aufnahmemodus: ScanSAR) Ziele: - Bestimmung der Eiskonzentration mit höherer räumlicher Auflösung (z.b. TSX ScanSAR: 18m) - Detektion von Rinnen, die für die Schifffahrt nutzbar sind - Ermittlung der Bewegungsrichtung des Eises - Übertragbarkeit des Ansatzes: Nutzung verschiedener passiver (AMSR, SSMI) und aktiver (TerraSAR-X, CosmoSkymed, Envisat ASAR, Sentinel-1) Sensoren 13

14 Operationelle Modellierung 14

15 Operationelle Modellierung Modellsystem besteht aus Zirkulations- und Ausbreitungsmodellen Zustandsbeschreibung der Nord- und Ostsee Kurz- bis Mittelfristprognosen (3 bis 7 Tage) => Wettervorhersage für das Meer Basisdaten für meereskundliche Dienste, externe Nutzer und weiterführende Untersuchungen Operationelle Dienste des BSH, S.Dick 15

16 Zirkulationsmodell (3D) täglich Vorhersagen für nächsten drei Tage Grafiken und Daten im Internet: bzw. auf ftp-server geplante Erweiterungen: mehrere Läufe täglich Erhöhung der Auflösung Verlängerung des Vorhersagezeitraums

17 Produktbeispiel: Strömungsvorhersage Beispiel einer Strömungsberechnung für einen Unterwassereinsatz bei der Station: FINO1 hier Berechnung mit BSHcmodV4 (ungekoppelt) ca. 2h ca. 5h Operationelle Dienste des BSH, S.Dick 17

18 Modellierung: Weiterentwicklung Kopplung numerischer Modelle Seegangs- und Strömungsmodelle Beispiel: KWAM mit Strömung und veränderlichem Wasserstand, UTC Zirkulations- und Ökosystemmodelle Beispiel: Diatomeen März in micromol N/m³ Verknüpfung mit Fernerkundungs- und Insitu-Messungen - Datenassimilation Ensemblemodellierung, Abschätzung von Modellunsicherheiten Operationelle Dienste des BSH, S.Dick 18

19 Circulation model with data assimilation Meteorological Models (GME + COSMO-EU) forecasts up to 7 days wind, air pressure, air temperature, cloud coverage, specific humidity Other forcing data: tidal predictions, external surges (BSHsmod.na), river input (BfG, SMHI) external surge, tidal constituents, river runoff Assimilation data: NOAA SST, Marnet salinity and temperature, CTD salinity and temperature 3D fields of temperature and salinity (with gaps) Circulation Model + Data assimilation (BSHcmod + PDAF => HBM + PDAF ) for North Sea and Baltic Sea ( 3dim., 5km) Model data archive: currents, water levels, temperature, meteo. data Picture from Svetlana Losa (AWI) 19 19

20 Ensemble-Vorhersagen / Abschätzung von Modellunsicherheiten Beispiel: Oberflächentemperaturen und Salzgehalte in Nordsee und Ostsee Input: 48-Stunden-Vorhersagen verschiedener Modelle. Interpolation auf einheitliches Gitter und Produktion von Ensemble-Produkten Output: Anzahl der Modelle, Ensemble-Min., Max., Mittelwert, Median und Standardabw. Daten für SST&SSS werden täglich aktualisiert und sind verfügbar auf ftp-server unter: ftp://ftp.bsh.de/outgoing/opmodel/ my_ocean/mme 20

21 Zusammenfassung und Ausblick Nachhaltige meereskundliche Dienste: globale/europäische Dienste: Copernicus Programm der EU nationale Dienste: BSH und DWD zusätzlich: Downstream Service Provider kontinuierliche Weiterentwicklung und Verbesserung der Dienste Aktuelle Schwerpunkte: Verknüpfung von Fernerkundung, Insitu-Messungen und Modellierung Optimierung von Modellprognosen mit statistischen Verfahren Datenassimilation Angaben zur Qualität und Unsicherheiten - Ensemblevorhersagen Kopplung numerischer Modelle Operationelle Dienste des BSH, S.Dick 21

22 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Operationelle Dienste des BSH, S.Dick 22

23 Operational model system at BSH Meteorological Models (GME + COSMO-EU) forecasts up to 84 hours wind, air pressure, air temperature, cloud coverage, specific humidity Wave Model (WAM) forecasts up to 84 hrs wave data wave data Other forcing data: tidal predictions, external surges (BSHsmod.na), river input (BfG, SMHI) external surge, tidal constituents, river runoff Circulation Model (BSHcmod) for North Sea and Baltic Sea ( 3dim., 5km + 900m grid) Circulation + Wave Model (BSHcmod.w) for North Sea and Baltic Sea ( 3dim., 5km) Surge Model (BSHsmod) for North Sea (2dim., 5km, barotropic) Model data archive: currents, water levels, eddy coefficients, salinity, temperature, ice data, wave data, meteo. data surge data Lagrangian Drift and Dispersion Model (BSHdmod.L) for oil, drifting objects and conservative substances Eulerian Dispersion (BSHdmod.E) for conservative substances, suspended matter and biogeochemistry Local Circulation Models for estuaries (Elbe, Weser, Ems) Operationelle Dienste des 23 BSH, S.Dick