Ein ensemblebasiertes Windvorhersagesystem

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Maria Fischer
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1 Ein ensemblebasiertes Windvorhersagesystem AP FRAPORT AG B. Beyer Isabel Alberts // Michael Buchhold DWD, Forschung & Entwicklung Meteorologische Analyse und Modellierung Referat Interpretation und Verifikation

2 Das Projekt LuFo iport-wiwi Kernziele LuftfahrtForschungsprogramm: 1. Steigerung der Flughafen-Verkehrsleistung durch Optimierung des Flughafenverkehrsmanagement reduzierte Verspätungen direkte und verzögerungsfreie Flug- und Rollrouten 2. Reduktion von Emissionen pro Einzelflugereignis innovativer AirPort Gründe für Verspätungen 2009 Gesperrte Landebahn 7% Kapazität 25% Sonstiges 3 % Wetter 65% Teilprojekt 2: WX Wetter VIS Sichtweite (Die:Fernerkundung: Röhner et al. Do: Modellierung atmosphärischer Prozesse: Thoma et al.) WiWi Widrige Windverhältnisse

3 Ziele iport-wiwi Probabilistische Windvorhersagen (ensemblebasiert) Berücksichtigung von Vorhersageunsicherheiten Berücksichtigung der lokalen Gegebenheiten am Flughafen Frankfurt probabilistische Windvorhersagen als Grundlage für den Entscheidungsprozess des Kunden Berücksichtigung Kosten (Kapazität) Nutzenverhältnis nutzergerechte Windvorhersagen mit verbesserter räumlicher und zeitlicher Genauigkeit inklusive Aussage über die Unsicherheit der Vorhersage

Betriebsrichtung bei Westwind An- und Abflug Richtung Westen Ostbetrieb bei Ostwind An- und Abflug Richtung Osten 25 % der Zeit 75 % der Zeit Westbetrieb

4 Betriebsrichtung bei Westwind An- und Abflug Richtung Westen Ostbetrieb bei Ostwind An- und Abflug Richtung Osten 25 % der Zeit 75 % der Zeit Westbetrieb kritische Rückenwindkomponente: FRAPORT AG Startbahn West alle Abflüge nach Osten, Süden, Westen Parallelbahnsystem: 5 kn Startbahn West: 15 kn ca. 70 % der Starts

5 Bahnrichtungswechsel Vor der Entscheidung Aktuelle Windmessungen und / oder Pilotenrückmeldung und / oder Prognose und z.b. Lärmschutz / Verkehrssituation Fluglotsen (Tower) Windrichtung Startbahn Windgeschwindigkeit Parallelbahnsystem Eigene Darstellung nach Wendler, D., 2010

6 Bahnrichtungswechsel Vor der Entscheidung Windrichtung Windgeschwindigkeit Pilotenrückmeldung und / oder Aktuelle Windwerte und / oder Prognose und z.b. Lärmschutz / Verkehrssituation Fluglotsen (Tower) Startbahn Selbstbriefing Beratung Luftfahrtberatungszentrale DWD Parallelbahnsystem Entscheidung zum Betriebsrichtunsgwechsel / Nichtnutzung Startbahn West Eigene Darstellung nach Wendler, D., 2010

7 Bahnrichtungswechsel Vor der Entscheidung Windgeschwindigkeit Windrichtung Pilotenrückmeldung und / oder Aktuelle Windwerte und / oder Prognose und z.b. Lärmschutz / Verkehrssituation Fluglotsen (Tower) Nach der Entscheidung Startbahn Selbstbriefing Beratung LBZ DWD Parallelbahnsystem Entscheidung zum Betriebsrichtunsgwechsel / Nichtnutzung Piste 18 Info an Fluglotsen Systemumschaltung Neuorientierung Verkehrsfluss Starts / Landungen in neuer Betriebsrichtung Eigene Darstellung nach Wendler, D., 2010

8 Derzeitiges Vorhersageverfahren Globalmodell DWD NOWCAST FRANKFURT / AIRPORT Radar Wettermeldung MOS (Model Output Statistics) Lokale Vorhersagen

9 Grundlagen des neuen Verfahrens AP AP FRAPORT FRAPORT AG AG B. Beyer B. Beyer

COSMO-DE DE-EPS EPS DWD Projekt: COSMO-DE-EPS Ensemble Prediction System Q3 2010 präoperationell; Ensemblemember: 20 2012:

10 COSMO-DE DE-EPS EPS DWD Projekt: COSMO-DE-EPS Ensemble Prediction System Q präoperationell; Ensemblemember: : operationell, Ensemblemember: 40 Freitag Session: Datenassimilation- und Ensembleverfahren: Präsentation: Theis et al. sowie Paulat et al.

11 COSMO-DE-EPS Variationen im Vorhersagesystem Randbedingungen Anfangszustand Modellphysik Ensemble Member (20 bzw. 40)

12 COSMO-DE-EPS Variationen im Vorhersagesystem Randbedingungen Anfangszustand Modellphysik Ensemble Member (20 bzw. 40) N 250 abgeleitete Größen: - Ensemblemittel - Spread - Überschreitungswahrscheinlichkeiten - Quantile - Min, Max Visualisierung

13 Qualität der Windvorhersagen adpic Bildagentur AP FRAPORT AG B. Beyer

14 Modellvergleich Tagesgang der 10m-Windgeschwindigkeit, JJA COSMO-DE Obs m/s 3.0 GME COSMO-EU Vorhersagezeit (Std.)

15 Ensemblevorhersage m/s Zuverlässigkeit der Vorhersage 6.0 m/s Ohne Variation der Anfangsbedingungen

16 Konzept AP FRAPORT AG B. Beyer

17 N m/s 250 Konzept - Vorgehen COSMO-DE-EPS Ensemble Prediction System Flughafen Frankfurt

18 N m/s 250 Konzept - Vorgehen COSMO-DE-EPS Ensemble Prediction System Flughafen Frankfurt Windgeschwindigkeit in Abhängigkeit von Windrichtung > bahnparalleler Wind 10 m Wind bis 1500m Höhe entlang Gleitpfad Radius 25 km Windscherung + Kalibrierung 90% 75% 25% 10% N m/s

N 10 20 30 40 m/s 250 Konzept - Vorgehen COSMO-DE-EPS Ensemble Prediction System Flughafen Frankfurt Windgeschwindigkeit in Abhängigkeit von

m/s 250 kategorische Entscheidung Maßnahmen einleiten: JA oder NEIN?

19 N m/s 250 Konzept - Vorgehen COSMO-DE-EPS Ensemble Prediction System Flughafen Frankfurt Windgeschwindigkeit in Abhängigkeit von Windrichtung > bahnparalleler Wind 10 m Wind bis 1500m Höhe entlang Gleitpfad Radius 25 km Windscherung + Kalibrierung 90% 75% 25% 10% N m/s 250 kategorische Entscheidung Maßnahmen einleiten: JA oder NEIN? kalibrierte probabilistische Vorhersageprodukte 50% Wahrscheinlichkeit für Ereignis z.b. markante Winddrehung Aufbereitung des Verfahrens für den Kunden und den operationellen Betrieb ab welcher Wahrscheinlichkeit soll der Nutzer handeln?

20 N m/s 250 Iterativer End-to to-end Prozess END Entscheidungsträger / Nutzer Deutsche Flugsicherung: Tower Lotsen DWD: Luftfahrtberatungszentrale Feedback / Informationsaustausch Anwendungen: Probabilistische Windvorhersage Feedback / Informationsaustausch DWD F&E Wissenschaftler Eigene Darstellung nach Morss et al END

21 N m/s 250 Produkte für den Bereich der Start- und Landebahnen Quantile der bahnparallelen und bahnsenkrechten Windgeschwindigkeit N % 75% m/s 25% 10% Darstellung als Zeitreihe 21

22 N m/s 250 Ausblick 1) Entwicklung probabilistischer Vorhersageprodukte auf Basis des COSMO-DE-EPS für den Bereich der Start- und Landebahnen sowie Anflugbereich - z.b Überschreitungswahrscheinlichkeit für Rückenwind (V>Vcrit) Visualisierung 2) Aufbereitung des Verfahrens für unsere Kunden Workshop zur Einführung -> Feedback Testphase Anpassung 3) Entwicklung eines Verfahrens zur Entscheidungsfindung -> Kosten / Kapazität Nutzen

23 AP FRAPORT AG B. Beyer Vielen Dank

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