Säämallin vertailu mastohavaintoihin

Verrattuna eräisiin avoimella merialueella olevien Ilmatieteen laitoksen sääasemien tuulimittauksiin säämalli näyttää antavan keskimäärin varsin hyviä tuloksia: viiden sääaseman osalta malli antaa 0,1 m/s liian kovaa tuulta. Helsinki-Testbedin mastoissa tehtyihin tuulimittauksiin verrattuna säämalli näyttäisi tuotavan keskimäärin 0.2 - 0.3 m/s liian voimakasta tuulta korkeuksilla 60-100 metriä maan pinnasta. Lähellä rannikkoa sijaitsevien mastojen kohdalla malli näyttäisi yliarvioivan tuulen nopeutta enemmän kuin kauempana sisämaassa tai avoimella merialueella sijaitsevien mastojen kohdalla.

Ero mitatun ja mallin ennustaman tuulen välillä vaihtelee kuitenkin huomattavasti mittauspaikalta toiselle: joillakin Testbedin mittausasemilla mallin tuuli on keskimäärin liian voimakasta toisilla liian heikkoa. Kaikkein voimakkaimmissa tuulissa malli näyttäisi aliarvioivan tuulen nopeutta. Mallissa usein esiintyvää alailmakehän suihkuvirtausta ei yksittäisistä mittauskorkeuksista voida helposti havaita.

Verrattaessa mallin tuloksia mittauksiin, on otettava huomioon, että mallin kuvaama maantieteellinen alue ei ole samanlainen kuin mittausmastossa sijaitsevan tuulimittarin "näkemä" alue, ja toisaalta mittauksissa voi esiintyä erilaisia satunnaisia tai systemaattisia virheitä.

Miten tietoja on verrattu?

Tuotantoajossa 1.6.2008 alkaen olleen AROME-mallin eri 2,5 x 2,5 neliökilometrin hilaruutuihin tuottamia lyhyitä tuuliennusteita (+3 tuntia - +24 tuntia) on verrattu vastaaviin hilaruutuihin sijoittuvissa korkeissa mastoissa 10 minuutin keskiarvoina tehtyihin tuulimittauksiin. Vertailujakso ulottui heinäkuusta 2008 elokuuhun 2009.

Havaintoaineistona käytettiin Ilmatieteen laitoksen tuulimittauksia merialueilta ja eräistä radiomastoihin sijoitetuista mittareista, sekä Vaisalan operoimista Helsinki Testbed alueen mastoista. Tuulen mittauskorkeus oli merialueen asemilla n. 30 metriä, radiomastojen havainnoissa 220 - 270 metriä ja Helsinki Testbed alueen mastoissa 60 - 100 metriä. Lisäksi on tarkasteltu mallitulosten vastaavuutta Lapin tuntureilla tehtyjen tuulimittausten kanssa.

AROMEn hilapisteen tuuli vastaa 2.5 km x 2.5 km alueen keskimääräistä tuulta kussakin kerroksessa. Lisäksi tuulen interpolointi AROME-mallin laskentatasoilta korkeustasoille (metreissä) tuo hieman epätarkkuutta.

Ilmatieteen laitoksen ja Vaisalan Testbedin tuulimittausten tarkkuus täyttää Maailman ilmatieteen järjestön (WMO) meteorologisille mittareille asettamat vaatimukset.

Ilmatieteen laitoksen mittauspaikoista mittausten ajallinen kattavuus on lähes 100 %. Eräiltä Helsinki-Testbed asemilta on ollut saatavissa noin 75 % kaikista mahdollisista havainnoista, mutta toisista vain noin 10 %. Eri asemilta vertailuun saatujen havaintojen määrä käy ilmi alla olevista taulukoista.

Mastojen ja muiden havaintopaikkojen tuulimittauksissa esiintyy satunnaisia virheitä. Helsinki Testbed -alueen mastojen tuulihavainnoissa oli paljon epäjatkuvuuksia tai piikkejä, joiden syytä kaikissa tapauksissa ei ole voitu selvittää. Nämä havainnot on kokonaan poistettu tarkastelusta. Myös muut poikkeavat havainnot (outliers) on poistettu.

Vertailut on tehty asema/mastokohtaisesti, jotta saataisiin kuva virheen vaihtelusta esimerkiksi eri etäisyyksillä rannikosta ja erilaisilla alustoilla: avoin meri/rantaviiva/ metsäinen sisämaa. Myös keskiarvoja kaikista asemista on laskettu.

Asema Nro 3 4 5 6 7 8
Hanko 1 73 2535 7.76 6.86 0.85 2.36
Vänö 4 80 2496 8.35 8.29 0.06 1.80
Bågaskär 5 83 1377 8.63 8.83 -0.25 2.22
Padva 7 79 1935 7.38 7.09 0.26 2.30
Degerö 8 81 2128 7.25 6.17 1.09 1.84
Suvisaaristo 10 61 1854 6.83 5.91 0.92 1.91
Pirttisaari 12 61 988 9.25 8.43 0.77 1.75
Roihuvuori 15 100 2030 7.01 6.39 0.61 2.01
Oulunkylä 16 92 1499 6.63 6.56 -0.01 2.86
Essvik 19 86 2089 6.91 6.34 0.56 1.90
Boxby 20 80 1047 6.34 5.65 0.70 1.79
Luhtaanmäki 23 61 2203 4.72 5.17 -0.47 1.54
Monnikylä 27 80 1481 5.41 5.70 -0.30 1.56
Viirilä 28 81 2125 5.59 5.75 -0.17 1.52
Isosaari 36 83 1905 7.60 7.49 0.11 1.94
Isosaari 36 62 1905 7.35 7.11 0.24 1.93
Isosaari 36 42 1905 7.10 6.68 0.42 1.92
Keskiarvo           0.24  

3= korkeus (m)
4= havaintojen lukumäärä
5= keskituuli AROME
6= keskituuli havainnot
7= keskivirhe (ME)
8= virheen keskihajonta (STDE)

Yllä olevassa taulukossa on yhteenveto AROME-mallin tuulen nopeuden vertailusta mastohavaintoja vastaa jaksolla 1.7.2008 - 31.7.2009. Havaintojen lukumäärän sarakkeessa on paksunnettu ne asemat, joilla havaintojen lukumäärä on liian pieni ja virheen keskihajonnan (STDE) sarakkeessa ne asemat, joissa hajonta on liian suuri keskiarvon laskua vasten.

Asema 2 3 4 5 6 7
Hgin majakka 32 3033 7.75 7.38 0.37 1.93
Kalbådagrund 32 3036 7.73 7.74 -0.01 1.86
Utö 15/31 3028 7.90 7.12 0.78 1.90
Hanko 27/40 3022 7.78 8.05 -0.27 2.00
Kemi I 26 3014 7.07 6.97 0.11 1.86

2= korkeus (m)
3= havaintojen lukumäärä
4= keskituuli AROME
5= keskituuli havainnot
6= keskivirhe (ME)
7= virheen keskihajonta (STDE)

Taulukossa yhteenveto AROME-mallin tuulen nopeuden vertailusta Ilmatieteen laitoksen merisää-asemien havaintoja vastaa merialueilla jaksolla 1.7.2008 - 31.7. 2009.



 

Kun tuloksia arvioidaan, pitää huomioida, että AROME-mallin mukaan tuulen nopeus kasvaa ylöspäin mentäessä (esim. välillä 50 m -100 m) avoimen meren päällä keskimäärin 0,13 m/s ja mantereen päällä 0,23 m/s kutakin 10 metrin kerrosta kohti, ja mastomitausten mukaan jopa hieman enemmän. Pienikin epätarkkuus vertailukorkeuden arvioinnissa voi johtaa samansuuruiseen keskivirheeseen kuin mitä tässä analyysissa on saatu.

Alla olevissa kuvissa on esimerkkinä Viirilän maston kohdalle laskettu AROME -mallin tuulen keskimääräinen pystyjakautuma sekä mallituulen ja havaitun tuulen hajontakuvio.



Mallin tuottama tuulen nopeuden pystyjakautuma (punainen) Viirilän havaintomaston hilapisteessä ja Viirilän tuulihavainto (vihreä risti) jaksolla 1.7.2008 - 31.7.2009.



Mallin tuulennopeuden ja Viirilän maston tuulihavainnon hajontakuva jaksolla 1.7.2008 - 31.7.2009. Pystyakselina ovat mallin tuulet (AROME-malli) ja vaaka-akselina havaittu tuuli.



Kaikkien mastojen tuulen nopeuden jakautuma (punainen) ja mallin tuulen nopeuksien jakautuma (vihreä). Eri mastojen kohdalla vertailukorkeudet vaihtelevat 60 ja 100 metrin välillä. Pystyakselina on tapausten lukumäärä kussakin tuulen nopeuden luokassa.

Lähellä rannikkoa sijaitsevien mastojen kohdalla malli näyttäisi yliarvioivan tuulen nopeutta enemmän kuin kauempana sisämaassa tai avoimella merialueella sijaitsevien mastojen kohdalla.