Performance evaluation of the WRF model for short -and long- term studies over Europe

Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στην αξιολόγηση της ικανότητας ενός σύγχρονου αριθμητικού μετεωρολογικού μοντέλου μέσης κλίμακας / περιοχικού κλιματικού μοντέλου, του Weather Research and Forecasting (WRF), στην προσομοίωση βραχυχρόνιων και μακροχρόνιων θερμικών και υδρολογικών συνθηκών σε περιφερειακή κλίμακα και στην προσπάθεια βελτιστοποίησης της αποδοτικότητάς του για τέτοιου είδους μελέτες στον Ευρωπαϊκό χώρο. Η έρευνα που διεξήχθη επικεντρώθηκε στον προσδιορισμό βέλτιστης χωρικής ανάλυσης κελιού πλέγματος κατά την πραγματοποίηση προσομοιώσεων στις οποίες εφαρμόζονται τεχνικές δυναμικής μείωσης της κλίμακας πέραν της οποίας δεν επιτυγχάνεται καλύτερη σύγκλιση με παρατηρούμενα δεδομένα, μειώνοντας έτσι το υπολογιστικό κόστος, στην κατάστρωση μεθοδολογίας για την αξιολόγηση της προσομοιωτικής ικανότητας/απόδοσης του μοντέλου υπό διάφορους συνδυασμούς παραμετροποιήσεων και χωρικών αναλύσεων, στον προσδιορισμό του βέλτιστου συνδυασμού φυσικών παραμετροποιήσεων για την προσομοίωση ακραίων γεγονότων βροχόπτωσης και στον προσδιορισμός ευρωπαϊκών περιοχών που κατά την πραγματοποίηση κλιματικών προσομοιώσεων παρουσιάζουν απόκλιση από τις παρατηρούμενες μεταβολές και ταυτοποίηση/ανάλυση των υποκείμενων αιτιών για τη συμπεριφορά αυτή. Στο πλαίσιο αυτό, πραγματοποιήθηκαν πολυάριθμα πειράματα ευαισθησίας κατά τη διάρκεια τριών διακριτών αριθμητικών μελετών. H πρώτη αριθμητική μελέτη έδειξε ότι η προσομοίωση σε διακριτική ανάλυση μικρότερης των 10 km, όταν χρησιμοποιούνται τεχνικές δυναμικής μείωσης της κλίμακας δε βελτιώνει την απόδοση του μοντέλου ως προς τη θερμική και υδρολογική συμπεριφορά του ανεξαρτήτως της πολυπλοκότητας του ανάγλυφου, αντίθετα αυξάνει πολύ το υπολογιστικό κόστος. Η δεύτερη αριθμητική μελέτη έδειξε ότι για την καλύτερη πρόβλεψη ακραίων γεγονότων βροχόπτωσης, είναι απαραίτητη η χρήση τεχνικής πολυκριτηριακής ανάλυσης για τον προσδιορισμό της προσομοιωτικής ικανότητας των συνδυασμού φυσικών παραμετροποιήσεων που εμπεριέχονται στο WRF και την κατάταξή τους. Παρουσίασε μεθοδολογία για τη διαδικασία αυτή και ανέδειξε τον βέλτιστο συνδυασμό παραμετροποιήσεων. Τέλος, εξέτασε την ευαισθησία των αποτελεσμάτων στη χωρική ανάλυση του χρησιμοποιούμενου πλέγματος και ανέδειξε το γεγονός ότι η βελτίωση της χωρικής ανάλυσης όταν η αρχική προσομοίωση εκτελείται σε διακριτική ικανότητα κελιού κάτω των 10 km δεν έχει επίδραση στην ακρίβεια πρόβλεψης όσον αφορά το χρόνο ή την ένταση του ακραίου γεγονότος. Η τρίτη μελέτη ανέδειξε την ικανότητα του WRF για προσομοίωση κλιματικών θερμικών και υδρολογικών μεταβολών όταν οι αρχικές και οριακές συνθήκες προέρχονται από κλιματικό μοντέλο (NASA GISS ModelE2) και γίνεται χρήση της τεχνικής δυναμικής μείωσης της κλίμακας. Ανέδειξε τον χειμώνα ως την εποχή κατά την οποία παρουσιάζονται οι μεγαλύτερες αποκλίσεις από τις παρατηρούμενες τιμές και την περιοχή της νοτιοδυτικής Ευρώπης ως την πλέον κρίσιμη από πλευράς αποκλίσεων, ενώ την άνοιξη ως την περίοδο που παρουσιάζονται οι χαμηλότερες περιοχικές αποκλίσεις λόγω του συνδυασμού χαμηλής χιονοκάλυψης (σε σύγκριση με το χειμώνα) και ηπιότερων επιδράσεων ακτινοβολίας (σε αντίθεση με το καλοκαίρι).