Schneeprognosemodell fuer den Winterdienst: Optimierung im Dienste der Verkehrssicherheit

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1 Schneeprognosemodell fuer den Winterdienst: Optimierung im Dienste der Verkehrssicherheit Gerald Spreitzhofer, Reinhold Steinacker Institut für Meteorologie und Geophysik Universität Wien

2 Übersicht 1. Einführung MetGIS 2. Entwicklungsphasen 3. Praktischer Einsatz des Systems 4. Zusammenfassung und Ausblick

3 Einführung MetGIS= Meteorologisches und Geographisches Informationssystem Neues, Java-basiertes System, welches verbesserte Wetterprognosen in anwendungsorientierter Form bietet Weiterentwicklung des Systems z.t. im Rahmen eines im Auftrag von ASFINAG und BMVIT durchgefuehrten mehrjaherigen Forschungsprojekts Ziel der Projekts: Adaptierung des Systems hinsichtlich einer Verbesserung der Schneeprognosen für das österr. Straßennetz Hauptstoßrichtungen: Verbesserung der Prognosequalität durch die automatisierte Einbeziehung hochaufgelöster Geländedaten in den Prognoseprozess Darstellung nur der für den Winterdienst notwendigen Information

4 Komplexität der Entwicklungsarbeiten Forschungsvorhaben setzt Interdisziplinarität und internationale Zusammenarbeit voraus: Meteorologie GIS Software Engineering Schneephysik Hydrologie

5 WeatherPro ( WELS-System ), USA Eines der ersten kombinierten meteorologisch-geographischen Informationssysteme Entwickelt vom Altösterreicher Prof. E. Reiter Im operationellen Betrieb in USA, in Europa (Lawinenwarndienste und Verkehrsleitzentralen, z.b. Wien, MA48) WELS-Modell GUI (Graphische User Interface)

6 WeatherPro-GUI

7 WeatherPro-GUI

8 WeatherPro: Schlüsse Über Jahre hindurch recht erfolgreiches und beliebtes System, aber: WeatherPro technologisch antiquiert: Topographie und geographische Vektordaten (Straßenzüge etc.) in schlechter Auflösung Meteorologisches Prognosemodell veraltert Prolog als Programmiersprache -> nicht ausbaufähig Konsequenz: Start der Entwicklung von MetGIS

9 MetGIS Entwicklungsziele Entwicklung und Anwendung von effizienten Downscaling - Prozeduren für meteorologische Felder über komplexem Terrain (d.h. kleinraeumige, hochaufgeloeste Prognose soll moeglich gemacht werden) Internationale Anwendungsmöglichkeit durch Verwendung möglichst globaler Datensätze und standardisierter Datenformate Spezieller Fokus auf Straße, Schnee und Gebirgsregionen

10 Beiträge zur Entwicklung von MetGIS Boulder, USA Alden/WELS Davos, Schweiz WSL/SLF Lima, Peru SENAMHI Wien, Österreich IMG, Univ. Wien Nagaoka, Japan NIED/NISIS Santiago de Chile DGF, Univ.de Chile Mendoza, Argentinien CRICYT/IANIGLA

11 Schweiz Eidgenoessisches Inst. fuer Schnee- und Lawinenforschung (SLF) Schneedeckenmodell SNOWPACK + Visualisierungssoftware Simulation der Schichtstruktur und Stabilitaet der Schneedecke

12 Japan National Research Institute of Earth Science and Disaster Prevention (NIED) Hochauflösendes Terrainmodell (50 m Auflösung) Langfristige Projekte mit japanischem Verkehrsministerium Nagaoka Tokyo

13 Japan Beispiel einer japanischen Hochgebirgsstraße

14 Terraindarstellung (Beispiel: Fujiyama) Seehöhe Hangausrichtung Hangneigung

15 MetGIS / Südamerika Peru: Servicio Nacional de Meteorología (SENAMHI) Chile: Universidad de Chile, Departamento de Geofísica (DGF) Argentina: Instit. Argentino de Nivelogía y Glaciología (IANIGLA) Entwicklung der grundlegenden Struktur von MetGIS Tuning von MetGIS mit unterschiedlichen Geländedatensätzen und meteorologischen Vorhersagemodellen (z.b. MM5, WRF)

16 MetGIS / Wien Institut für Meteorologie und Geophysik, Universität Wien ASFINAG/BMVIT-Projekt zur Verbesserung der Straßenwetterprognose (s. Einleitung) Einbau europäischer geographischer Daten in MetGIS Verbesserung des Downscaling; GFS Modell als Basis Straßennetz Ostösterreich Hangneigung Arlberggebiet

17 Grundlegende Struktur Meteorologisches Vorhersagemodell Default: GFS (Global Forecast Model) MetGIS MetGIS-Downscaling Verfeinerung meteorologischer Vorhersagen durch Integration mit Geländemodellen MetGIS Geographische Datenbanken Geländemodell, basierend auf SRTM Daten Vektordaten: Straßen, Flüsse, etc. MetGIS Java GUI Kombinierte Visualisierung von geographischen und meteorologischen Daten Viele Parameter und Funktionen MetGIS Weboberfläche (für Anwender) Angepasste Schnittstelle für Praktiker! Nur die wichtigsten, ausgewählten Funktionen werden dargestellt

18 Beispiele der MetGIS Java GUI:

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21 MetGIS Java GUI: Siedlungen Tirol, T-Prognose

22 MetGIS Java GUI: Zoombeispiel Neuschnee Auflösung: 6000m

23 Auflösung: 2000m

24 Auflösung: 300m

25 Auflösung: 100m

26 MetGIS Weboberflaeche (praktische Anwendung):

27 MetGIS Weboberfläche Zugriff: Einfach bedienbare Oberfläche für praxisorientierte Anwender wie Winterdienstverantwortliche (in Deutsch, Englisch, Spanisch und Russisch) Passwortgeschützt: 4 x täglich hochaufgelöste aktualisierte MetGIS Echtzeitprognosen von Niederschlagsart- und menge, Neuschnee, Schneefallgrenze und Temperatur, Wind (fuer vordefinierte Regionen) Jede Prognose deckt zumindest 36 Stunden ab Freier Zugriff: Vorhersagebeispiele für Alpen, Kaukasus, Anden und Japanische Alpen

28 Demo Demo MetGIS Weboberfläche (

29 Technischer Quantensprung Prognosemodell Programmmodus Straßendaten Auflösung Programmierung WeatherPro 2000 firmenintern Lokalinstallation Nur Autobahnen (grob) 1000m (Terrain), 3000m (Prognose) Prolog (nicht ausbaufähig) Default: GFS (US-Wetterdienst) webbasiert Mehrere Kategorien, detailliert 100m (Terrain und Prognose) Java MetGIS 2007

30 MetGIS Prognosequalität Generell abhängig von Parameter und Wetterlage. Sehr gut für Schneefallgrenze, Niederschlagsart und Temperatur (ausgen. in Tälern bei ausgepraegten Inversionswetterlagen) Passabel bei Niederschlagsmengen (schwierig: schauerartige Niederschläge, extreme orographische Effekte) Eingangsmodellprognosen des amerikanischen Wetterdienstes sind exzellente Basis für Vorhersageberechnung, Verwendung anderer Prognosemodelle als Basis fuer MetGIS ist aber auch moeglich. Bisher überwiegend positive Rueckmeldungen der Anwender (auch international).

31 Zusammenfassung MetGIS Vorteile von MetGIS: In Zusammenarbeit mit internationalen Top-Forschungsinstituten entwickeltes auf Schneeprognosen spezialisiertes Wetterinformationssystem, das modernste Prognosetechniken beinhaltet Einfluss hochaufgelöster Orographie auf Wetter berücksichtigt 4x täglich Updates der Vorhersage, Vorhersageintervall 3 Stunden Flächenhafter Eindruck der Wetterentwicklungen Auch Punktprognosen moeglich (neu!) Fuer den Winterdienstbetreuer einfach zu bedienende Weboberfläche Ausbaumöglichkeiten: Vorhersage entlang von Straßenzügen Einbindung von Straßenwetterstationen ins System zur weiteren Verbesserung der Prognose (Schnittpunkt zu Energiebilanzmodellen) Einbindung der MetGIS-Flaechenprognosen in bereits in Gebrauch befindliche geographische Informationssysteme ist moeglich!