Distribuerade system för förbättrade snöoch avrinningsprognoser Integration i hydrologiska modeller Rapport 3, 2010

Relevanta dokument
Snövattenekvivalentuppskatning med markradar

Mätsystem för förbättrade snö- och avrinningsprognoser

Angela Lundberg & Nils Granlund, LTU David Gustafsson & Jesper Ahlberg, KTH Göran Lindström, SMHI Finansiärer: SVC, HUVA & Kempestiftelsen

Nya metoder för att mäta snöegenskaper

Distribuerade system för förbättrade snö- och avrinningsprognoser

Göran Lindström & Joel Dahné. Snödjupsmätningar för uppdatering av prognosmodeller

HUVA Slutrapport Hydrologiskt UtVecklingsArbete. Elforsk rapport 12:18

Radarmätning av snö på 80-taletvad har hänt sedan dess PETER ULRIKSEN LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA

Metodkonferensen Norrköping, Osäkerheter i hydrologiska modeller

ISIS2 Satellit- och meteorologibaserad undersökning av snö för rennäringens behov

Vårflodsprognoser med snöuppdatering

Nederbörd. VVRA05 Vatten 1 Feb 2019 Erik Nilsson, TVRL

Källa: SNA, Klimat, sjöar och vattendrag

VÅRFLODSPROGNOSER MED SNÖUPPDATERING

Vattendragsteknik, KTH Avdelning inom Inst. för mark- och vattenteknik. Computational Fluid Mechanics

Mätningar och Modeller. Hydrologi för länsstyrelser

Elin Sjökvist och Gustav Strandberg. Att beräkna framtidens klimat

Hydrologiska prognos- och varningstjänsten, SMHI

Elin Sjökvist och Gustav Strandberg. Att beräkna framtidens klimat

Intensiv nederbörd och hydrologisk risk: mot högupplösta flödesprognoser Jonas Olsson

Sannolikhetsmodellering av is på vindkraftverk genom deterministisk sampling

tillrinningsprognoser

HUVA - Hydrologiskt Utvecklingsarbete inom Vattenkraftindustrin. Tillrinning. Björn Norell

DOKTORAND: WILLIAM BJURELAND HANDLEDARE: FREDRIK JOHANSSON, STEFAN LARSSON, JOHAN SPROSS KTH ROYAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY

Stokastiska Processer och ARIMA. Patrik Zetterberg. 19 december 2012

Lärobok, föreläsningsanteckningar, miniräknare. Redovisa tydligt beräkningar, förutsättningar, antaganden och beteckningar!

Hydrologiska prognosoch varningstjänsten SMHI

Korrektion av systematiska fel i meteorologiska prognoser: en förstudie om vårflodsprognoser

SMHI. Tjäle och avrinning i Svartberget. - studier med HBV-modellen. Id m,l, I...,,.I,.11J11IJ,,.l.1,,... I., lc.lli. L, l! il.. L 1...i,...

Mätning och utvärdering av borrhålsvärmeväxlare Distribuerad Termisk Respons Test och uppföljning av bergvärmepumpsinstallationer i Hålludden

Carl-Fredrik Lindberg, ABB Corporate Research. Automation Scandinavia, Trådlös kommunikation i industrin - ett PiiA-projekt

version januari 2019 Manual SMHI klimatdata

Hydrologiska modeller

Kvalitetssäkring av modellberäkningar

Diagnostiskt prov i mätteknik/luftbehandling inför kursen Injustering av luftflöden

Klimatanpassning i Sverige: sammanfattande perspektiv och vattenexempel

Lofsdalen, Geoteknisk undersökning av planerad parkeringsplats och camping

MetCoOp och Arome en mesoskalig operationell. väderprognos. Heiner Körnich, Meteorologisk Metodkonferens, Norrköping, 26/9/2013

Dimensionerande nederbörd igår, idag och imorgon Jonas German, SMHI

Klimatförändringar, snö och skidåkning

Fysik (TFYA14) Fö 5 1. Fö 5

KTH 2D1240 OPEN vt 06 p. 1 (5) J.Oppelstrup

Joel Dahné, David Gustafsson, Barbro Johansson Vindrelaterad snöfördelning i hydrologiska modeller

Snödjupsmätningar för uppdatering av prognosmodeller. Elforsk rapport 11:71

Föreläsning 12: Regression

Inverkan från skala och passning på skjuvhållfastheten för bergsprickor

HÅVA. Hållbarhetsanalys av värmeåtervinning ur avloppsvatten Magnus Arnell November Hållbart samhälle Urban Water Management

Formelsamling finns sist i tentamensformuläret. Ämnesområde Hörselvetenskap A Kurs Akustik och ljudmiljö, 7,5hp Kurskod: HÖ1004 Tentamenstillfälle 1

Sannolikhetsprognoser för nedisning på vindturbiner

Appendix 3 Checklista för höjdmätning mot SWEPOS Nätverks- RTK-tjänst

Föreläsning 13: Multipel Regression

Ingenjörsmetodik IT & ME 2011 Föreläsning 11

Laborationsrapport Elektroteknik grundkurs ET1002 Mätteknik

Lunds Tekniska Högskola Avdelningen för industriell elektroteknik och automation

Projekt 5 Michelsoninterferometer Fredrik Olsen Roger Persson

En sammanställning av den utrustning som används för övervakning av MKN i Sverige

Delrapport 2: Oxidationens Inverkan på Långvågig Värmeöverföring

Ola Hammarberg Vattenregleringsföretagen Östersund

Kapitel 1. Kemiska grundvalar

2 Matrisfaktorisering och lösning till ekvationssystem

Snötaxering med georadar Bättre vårflödesprognoser med HBV-modellen? Hydrologi

Tidsserier och vattenkraftoptimering presentation

Skjuvhållfastheten i kontaktytan mellan berg och betong under betongdammar

REALTIDSÖVERVAKNING, KONTROLL, STYRNING OCH PROAKTIV BESLUTSHANTERING AV VATTENLEDNINGSNÄT

Kapitel 4: SAMBANDET MELLAN VARIABLER: REGRESSIONSLINJEN

THIS PROJECT IS BEING PART-FINANCED BY THE EUROPEAN UNION EUROPEAN REGIONAL DEVELOPMENT FUND

HYDROIMPACTS 2.0 Föroreningstransporten i den omättade markzonen. Magnus Persson. Magnus Persson, Lund University, Sweden

Modellering av Dynamiska system Bengt Carlsson Rum 2211

Snömätningsanalys för utveckling av vårflodsprognosering i Vängelsjöns delavrinningsområde

Beräkningsverktyg vid kalkning? Till vad kan vi använda vattenkemiska data från kalkeffektuppföljningen? Så enkelt är det!

Nedisningsprognoser för vindkraft. Vintervind mars 2008 i Åsele

LEGO MINDSTORMS Education EV3 Naturvetenskapligt aktivitetspaket


Kapitel 3. Standardatmosfären

Figur 1. Stadens påverkan på meterologi och hydrologi högre maxflöden!

Kundts rör - ljudhastigheten i luft

Modellering av Dynamiska system Bengt Carlsson Rum 2211

Dagvatten på biomassaeldade kraftvärmeverk

Modeller för små och stora beslut

Klimatsimuleringar. Torben Königk, Rossby Centre/ SMHI

Information om ämnet Militärteknik med diagnostiskt självtest av förkunskaper till blivande studerande på Stabsutbildningen (SU)

1/31 REGRESSIONSANALYS. Statistiska institutionen, Stockholms universitet

Tidsserier. Data. Vi har tittat på två typer av data

Elektronik grundkurs Laboration 1 Mätteknik

Framtidens översvämningsrisker

Introduktion. Torsionspendel

Självuppvärmning. Med vår kompetensbredd och unika expertis skapar vi nytta för många


Föreläsning G60 Statistiska metoder

Klimatscenarier för analys av klimatpåverkan

RAPPORT. Geofysisk prospektering Nydala kloster

DAGVATTENKVALITETSMODELLER VILKA FINNS OCH HUR VÄLJER MAN?

Tentamentsskrivning: Matematisk statistik TMA Tentamentsskrivning i Matematisk statistik TMA321, 4.5 hp.

ATT FÖRENA TRADITIONELL SAMISK KUNSKAP MED NY FORSKNING - en förutsättning för att förstå effekterna av förändringar i klimat och markanvändning.

Långvarig torka kontra extrem nederbörd

Global Positionering System (GPS)

Hotkartor Detaljerad översvämningskartering

Klimatscenarier och klimatprognoser. Torben Königk, Rossby Centre/ SMHI

EXPEDITIONSRAPPORT FRÅN U/F ARGOS CRUISE REPORT FROM R/V ARGOS

Transkript:

Distribuerade system för förbättrade snöoch avrinningsprognoser Integration i hydrologiska modeller Rapport 3, 2010 Nils Granlund, LTU och Jesper Ahlberg, KTH Angela Lundberg, LTU, David Gustafsson, KTH, Fredrik Wetterhall, SMHI och Göran Lindström, SMHI Finansiärer: SVC, HUVA & Kempestiftelsen

Varför ger snömätningar inte alltid bättre avrinningsprognoser? SM Evp UZ [mm] Inf [mm] Perc [mm] Q [mm] LZ [mm]

Modell Observationer Dataassimilering Förbättrade prognoser Med hjälp av snödata?

Osäkerhetsparadigmen Drivdata + Modell + Observation = Resultat

Data assimilation med Ensemble Kalman filter P t T t Beräkning av modelltillstånd vid tiden t, X fo X fo K cov X cov X fo fo covz t Observationer, z, av modelltillstånd vid t z t Uppdatering av modelltillstånd och parametrar vid t, Xup X up X up X fo K Z t X fo t=t+δt (Gustafsson et al, 2009; Ahlberg & Gustafsson, 2010, in prep)

Hur blir det i praktiken? Input Parameter(Modell) Observation Resultat

Korsvattnet, Jämtland ~20 km radarprofiler Automatiska Snömätningar Vid SMHI station Manuella 10 pkt

Distribuerad snöhydrologisk modell P P P Konceptuell avrinningsmodell Distribuerad snö och markmodell Flexibel struktur snow(i ) Ea wc(i ) soil(i ) uz q1 P E perc P E lz q2 q1+q2 slc3 slc1 slc2 maxbas

Assimilering av snödjup med olika observationsintervall Mätintervall 1 dag R Nash =0.99 R Nash =0.97

Assimilering av snödjup med olika observationsintervall Mätintervall 7 dagar R Nash =0.96 R Nash =0.96

Assimilering av snödjup med olika observationsintervall Mätintervall 14 dagar R Nash =0.92 R Nash =0.93

Assimilering av snödjup med olika observationsintervall Mätintervall 28 dagar R Nash =0.89 R Nash =0.87

Parameterskattning med EnKF

Assimilering av snö med/utan avrinning Utan Med avrinning

Slutsatser Modellering Ensemble Kalman filtermetoden är användbar för att ta till vara snödata i den hydrologiska modeleringen Osäkerheter i snödata, modell och inputvariabler hanteras på ett konsekvent sätt Snödjupsmätningar kan användas för förbättra modelleringen av snövattenekvivalenten

Framtidsplaner Känslighet i dataassimileringen för olika val av: Modellstruktur Snödata Rumslig representation Möjlighet att extrapolera till närliggande områden Betydelse för långtidsprognoser Licentiatavhandling Jesper Ahlberg, Maj 2010

Förbättring av SWE mätningar med markradar (GPR) (rumslig variation)

Mäta snöns vattenekvivalenten (SWE) med GPR Metod A: Vanligtvis uppskattas SWE direkt från tvåvägstiden SWE a twt b koefficienterna a och b beror på snödensiteten och måste kalibreras med manuella densitetsmätningar Metod B: Snödensiteten och SWE kan uppskattas från radarvågornas utbredningshatighet i snön mha en empirisk formel a) hastigheten bestäms från tvåvägstiden och snödjupet, eller b) både snödjupet och utbredningshastigheten uppskattas om ett radarsystem med flera kanaler används

Multi-Offset GPR Möjliggör att ha antennerna i en rad med fasta avstånd Då kan man samtidigt mäta flera radarpulser som färdas olika väg genom snötäcket Antennerna kan placeras så att alla uppmätta radarpulser får samma reflektionspunkt mot markytan

Beräkna snödjup och utbredningshastighet med en Common Mid-Point metod (CMP) v twt 1 2 l 1 2 2 d 2 v twt 2 2 l 2 2 2 d 2 där v och d är okända

Problem med att mäta SWE på blöt snö Den ovan nämnda metoden är bara giltig för torr snö Om vi tex har ett snötäcke med en densitet 300kg/m 3 och 5vol.% vatten, kommer SWE att överskattas med ca 20% (Lundberg and Thunehed 2000) 3 c v 2 3 snow ice 3 ice water 3 water air 3 air water 0, ice, ice snow

Målet är att förbättra SWE uppskattningarna med GPR genom att hitta en metod för att beräkna vattenhalten från befintlig radardata water?

Lösningsförslag Förutom att mäta tvåvägstiden kan också radarvågornas dämpning mätas Dämpningen beror på: Geometrisk spridning Scattering i snön (t.ex. från tunna islager) Transmission ner i marken Energi omvandling till värme Beror på snöns elektriska egenskaper (permittivitet och konduktivitet), vilka båda är beror på vattenhalten

Kräver: σ snow = f(θ water ) separera dämpningen från energiomvandling från förluster vid markreflektionen

Denna lösning kräver hitta sambandet mellan vattenhalten och snöns konduktivitet kunna separera dämpningen från värmeförluster från förluster i samband med markreflektionen

Hitta sambandet mellan vattenhalt och snöns elektriska konduktivitet Ett linjärt samband har tagits fram med hjälp av ett flertal experiment som beskrivs i artikel I och II i min avhandling snow 3 10 3 water 10

Pågående arbete: Att separera dämpningen från värmeförluster från förluster vid markreflektionen Vi föreslår Utnyttja Fresnells ekvation för vinkelberoende reflektionskoefficienter (infallsvinklarna är kända från CMP) Använd två olika infallsvinklar och två uppmätta amplituder för att lösa ett ekvationssystem för både den elektriska konduktiviteten i snön och reflektionskoefficienten i snö/mark-gränsskiktet

För- och nackdelar med denna metod + Endast två parametrar behöver mätas + Båda kan fås från en och samma CMP undersökning Men, denna metod ställer höga krav på noggrannheten i de uppmätta amplituderna Många beräkningssteg

Framtida arbete Bygga en modell för att kunna testa metodens känsligheten och för att göra feluppskattningar av metoden Testa metoden för att separera dämpningen från värmeförluster från förluster vid markreflektionen Jämföra våran metod med andra metoder för att bestämma vattenhalten

Granskade Publikationer Mätteknik Granlund N., Lundberg A., Feiccabrino J., and Gustafsson D. 2009. Laboratory test of snow wetness influence on electrical conductivity measured with ground penetrating radar. Hydrology research, 40, (3), 33-44. Granlund N., Gustafsson D., and Lundberg A. 2010. Laboratory study of the influence of salinity on the relationship between electrical conductivity and wetness of snow. Accepted for publication in Hydrological Processes. Lundberg A., Granlund N., and Gustafsson D. 2010. Review of operational and new ground-based snow measurement methods for Sweden, Norway and Finland. Accepted for publication in Hydrological Processes.