Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale

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1 Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Frank Schwarzbach, Andreas Bublak & Thomas Kloß F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 1

2 Gliederung 1. Motivation 2. Datenrecherche 3. Wettermodell 4. Servicekette 5. Ergebnisse 6. Kritik / Probleme / Ausblick F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 2

3 1. Motivation F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 3

4 1. Motivation Ziel freie Bereitstellung hochaufgelöster Vorhersagedaten für einen regionalen Bereich frei von Kosten und Nutzungsbeschränkungen hochaufgelöst räumlich, zeitlich, thematisch regionaler Bereich Sachsen Nutzung in existierenden Geoportalen Bereitstellung als WMS F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 4

5 2. Datenrecherche Vorhersagekarten Modellkarten F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 5

6 2. Datenrecherche Zeitreihendaten <time from=" t14:00:00" to=" t15:00:00"> <!-- Valid from T14:00:00 to T15:00:00 --> <symbol number="1" name="fair" var="01d" /> <precipitation value="0" /> <!-- Valid at T14:00:00 --> <winddirection deg="17.5" code="nne" name="north-northeast" /> <windspeed mps="4.7" name="gentle breeze" /> <temperature unit="celsius" value="17" /> <pressure unit="hpa" value="1019.4" /> </time> F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 6

7 2. Datenrecherche Modelldaten Globale Vorhersagemodelle weltweite Abdeckung geringe horizontale Auflösung (z.b. 0,5 ) Regionale Vorhersagemodelle begrenzte räumliche Abdeckung hohe horizontale Auflösung Abb.: Gitternetz von Vorhersagemodellen (NOAA 2008) F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 7

8 2. Datenrecherche Ergebnis Datenrecherche, -analyse und bewertung Meteorologische Daten werden in vielfältiger Art angeboten. Diese Daten unterscheiden sich hinsichtlich Auflösung, Aktualität, Nutzungsbedingungen, Datenformate u.s.w.. Für den konkreten Verwendungszweck geeignete Daten sind i.d.r. kostenpflichtig. Entscheidung für Betrieb eines eigenen Vorhersagemodells auf der Grundlage globaler Modelldaten (NOAA) und zusätzlich Nutzung des norwegischen Wetterdienstes (Zeitreihendaten) F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 8

9 3. Wettermodell Methode Weiterverarbeitung von Vorhersagedaten eines globalen Modells (hier Global Forecast System - GFS) mit einem regionalen Modell (hier WRF-EMS) Modell WRF-EMS erhält an den Rändern die Werte des globalen Modells und berechnet u.a. auf Basis von höher aufgelösten Oberflächendaten eine neue regionale Vorhersage ( downscaling ) Abb.: Einbindung von regionalen Vorhersagemodellen in globale Modelle (MeteoSchweiz 2011) F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 9

10 3. Wettermodell WRF-EMS (Weather Research and Forecast Environmental Modeling System) vollwertiges numerisches Vorhersagemodell kann frei genutzt werden ist einfach konfigurierbar Zusatzprogramme für die Vor- und Nachbereitung (Visualisierung) der Daten sind bereits integriert wird von meteorologischen Diensten, Forschungseinrichtungen und Privatpersonen in über 100 Ländern genutzt; in Deutschland ca Nutzer (Quelle: NOAA 2013) F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 10

11 3. Wettermodell Ausgangsdaten Globale Vorhersagedaten (Temperatur, Niederschlag, ) horizontale Auflösung: 0,5 Grad Datenquelle: NOAA Oberflächendaten (Topographie, Landnutzung) Auflösung: 2 Bogenminuten Datenquelle: U.S. Geological Survey F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 11

12 3. Wettermodell Parametrierung Parameter Geographische Abdeckung Wert Freistaat Sachsen Gitterstruktur Anzahl der Gitterpunkte: 100 x 100, Horizontale Auflösung: 3,5 x 3,5 km Meteorologische Parameter Temperatur, Niederschlag, Luftdruck, Luftfeuchte, Wolkenbedeckung, Schneefall, Windrichtung und -stärke Vorhersagedauer 60 h F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 12

13 3. Wettermodell Output Temperatur Niederschlag Windgeschwindigkeit Windrichtung F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 13

14 yr.no GFS (NOAA) Start 0, 6, 12, 18 UTC Dauer ca. 4,5 h GRIB edu/data/grib/gfs/ XML, PNG /Germany/Saxony/ shp WRF- EMS GRIB WRF- EMS post (GrADS) shp Konvertierungsprogramm Dauer ca. 3 h stündlich Mapfile WMS Servicekette F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 14

15 5. Ergebnisse WMS 48 h Vorhersagezeitraum, stündliche Aktualisierung Veröffentlichung Metadaten Externes Monitoring Abb.: Vorhersagedienst im Metadateninformationssystem GeoMIS.Sachsen F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 15

16 5. Ergebnisse WRF-EMS Luftdruck Temperatur Windrichtung und -stärke Schneefall Bewölkung Relative Luftfeuchte Niederschlag pro Vorhersagestunde jeweils ein Layer pro Wetterphänomen sowie für den Vorhersagezeitraum F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 16

17 5. Ergebnisse incl. Legenden und GetFeatureInfo F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 17

18 5. Ergebnisse yr.no pro Vorhersagestunde jeweils ein Layer mit Piktogrammen für ausgewählte Orte sowie für den Vorhersagezeitraum F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 18

19 5. Ergebnisse incl. GetFeatureInfo F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 19

20 5. Ergebnisse F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 20

21 5. Ergebnisse Grundlage: Büchner, Martin: Dienstebasierte Bereitstellung animierter Darstellungen für die Wettervorhersage (Bachelorarbeit), Dresden, 2013 (unveröffentlicht) F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 21

22 6. Kritik / Probleme / Ausblick Fachsicht auf Mehrwert gegenüber Wetterportalen fokussieren automatische Verifikation der Vorhersageergebnisse bessere Aufbereitung der Ergebnisse für Geoportale (z.b. durch Kombination von Layern) kartographische Probleme (flächenhafte Darstellungen vs. Symbole, Transparenz) Technik Optimierung Servicekette Version WRF-EMS hochziehen F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 22

23 Vielen Dank für s Zuhören! F. Schwarzbach Bereitstellung hochaufgelöster Wettervorhersagen für Geoportale Seite 23

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