23 Kaj in zakaj določ a vpliv opazovanj na kvaliteto vremenskih napovedi: primer letalskih opazovanj Mode-S MRAR in prognostič nega modela ALADIN-Slovenija Benedikt Strajnar 1 , Nedjeljka Žagar 2 Povzetek V č lanku obravnavamo vpliv dodatnih letalskih opazovanj na analizo in numerič no napoved vremena nad Slovenijo. Nove letalske meteorološke meritve Mode-S MRAR, ki vsebujejo podatke o vetru in temperaturi v vidnem polju letalskega radarja na ljubljanskem letališč u so dostopne že nekaj let. Na podlagi primerjave z drugimi opazovanji in modelskimi izrač uni pokažemo, da so podatki Mode-S v splošnem zelo kvalitetni. Vpliv meritev Mode-S na kvaliteto numerič ne napovedi raziskujemo v različ nih letnih č asih ter za primer moč nega žleda leta 2014. Uporabljamo operativni model za numerič no napovedovanje vremena ALADIN-Slovenija. Rezultati pokažejo, da imajo podatki Mode-S pomemben vpliv na analizo in kratkoroč ne napovedi na območ ju Slovenije. V prihodnje se v primeru širitve sistema prič akuje vpliv tudi na daljše napovedi. Ključ ne besede: Mode-S MRAR, letalske meritve, asimilacija podatkov, ALADIN, numerič no napovedovanje vremena, variacijska asimilacija, multivariatne povezave Keywords: Mode-S MRAR, aircraft observations, data assimilation, ALADIN, NWP, variational assimilation, multivariate coupling Uvod Kvaliteta numerič nih modelov vremena ter s tem napovedi vremena za splošno javnost se tekom zadnjih desetletij stalno poveč uje. Pri tem igra pomembno vlogo neprestano poveč evanje rač unske moč i, ki omogoč a izrač une v vse bolj podrobni prostorski skali. Ključ no vlogo za napredek meteorologije pa ima izjemen razvoj numerič nih meteoroloških modelov vključ no z metodami priprave zač etnih pogojev za numerič no napoved. Napoved vremena je problem zač etnih pogojev, njihova priprava pa je znana kot postopek asimilacije podatkov. Priprava zač etnih pogojev, t.i.analize, temelji na optimalnem kombiniranju predhodne modelske informacije z novimi opazovanji, v namen priprave č imbolj natanč nega opisa stanja atmosfere. Zaporedno popravljanje kratkoroč nih modelskih napovedi z asimilacijo novih opazovanj imenujemo asimilacijski cikel, ki skrbi, da se napoved stanja ozrač ja neprestano osvežuje z rešitvami, ki so rezultat uporabe bolj aktualnih opazovanj. Kvaliteta napovedi vremena je, poleg od kvalitete modela in natanč nosti analize, odvisna tudi od trenutnih in splošnih lastnosti cirkulacije, ki jo opisuje. Da bi bila asimilacija opazovanj optimalna, morajo biti lastnosti obeh glavnih virov informacije, prejšnje napoved in opazovanj, ustrezno opisane. Predvsem je potrebno poznati lastnosti napak opazovanj in napak predhodne kratkoroč ne modelske napovedi, t.i. prvega približka. Na podlagi korelacij napak predhodne napovedi se vpliv opazovanj razširi horizontalno in tudi vertikalno. Ta postopek je od izjemnega pomena ker so opazovanja relativno redka in je njihov vpliv potrebno č imbolj ustrezno razpršiti u 1 MOP, ARSO, Urad za meteorologijo, Vojkova 1b, 1000 Ljubljana 2 Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko, Jadranska 19, 1000 Ljubljana 24 modelskem prostoru. Pomembno je tudi, da se med asimilacijo ohranjajo osnovna ravnovesja med meteorološkimi spremenljivkami kot so definirana z fizikalnimi enač bami procesov. Zato imajo opazovanje ene količ ine lahko pomemben vpliv tudi na stanje (oz. analizo) drugih spremenljivk. Napredek v modeliranju kovarianc napak prvega približka je bil v zadnjih desetletjih zelo pomemben za pravilno uporabo satelitskih meritev, ki so predvsem meritve sevanja. S poveč evanjem prostorske loč ljivosti modelov in s tem poveč evanjem prostostnih stopenj problema se primanjkljaj meteoroloških opazovanj vedno bolj opaža. Optimalna uporaba dodatnih opazovanj, prej nedostopnih za uporabo pri napovedovanju, je kritič na komponenta dela na izboljšavi kratkoroč nih napovedi. V č lanku predstavljamo primer takšnih podatkov in njihovo uporabo v operativnem prognostič nem modelu Agencije za okolje Republike Slovenije, ALADIN-SI. Novi podatki so visoko č asovno loč ljive letalske meritve temperature in vetra Mode-S Meteorological Routine Air Report (MRAR) dostopne na ljubljanskem letališč u. V prispevku predstavljamo njihovo uporabo in vpliv na kvaliteto napovedi z modelom ALADIN (fr. Aire LimitØe Adaptation dynamique DØveloppement INternational, npr. Fischer in sod., 2005). Pri uporabi novih meritev je prvi cilj oceniti njihovo kvaliteto, nato preuč ujemo njihov vpliv na analizo različ nih modelskih spremenljivk ter na koncu dolžino vpliva na numerič no napoved v odvisnosti od letnega č asa in vremenske situacije. Kvantitativno oceno vpliva novih podatkov na analizo in napoved preiskujemo s pomoč jo dveh loč enih asimilacijskih eksperimentov, pri č emer so v enem izmed njih poleg vseh ostalih meritev ozrač ja uporabljeni tudi novi podatki Mode-S MRAR. Letalska opazovanja Mode-S MRAR V Evropi se za prenos meteoroloških podatkov z letal operativno uporablja sistem Automated Meteorological Data Relay (AMDAR). Sistem zahteva vgradnjo posebne opreme na letala, posledič no je sistem na voljo le na zelo majhnem številu (več jih) letal. Za precejšnje poveč anje števila dostopnih podatkov izmerjenih na letalih lahko izkoristimo letalski nazorni sistem Mode-S (angl. »selective mode«), ki omogoč a selektivno dvosmerno povezavo med letalskimi radarji in transponderji na letalih. Mode-S postaja bistven del globalne infrastrukture za nadzor zrač nega prometa. Na poziv radarja transponder pošlje zahtevane podatke, ki lahko, kot v primeru letalskega radarja na ljubljanskem letališč u, vsebujejo tudi meteorološka opazovanja. Minimalni obseg parametrov, ki se pošiljajo prek sistema Mode-S, definira standard t.i. okrepljenega nadzora (angl. Enhanced Surveillance, EHS) - to so ciljna višina letal, hitrost glede na zrak in tlak, smer leta in njegova sprememba, Machovo število in usmerjenost letala glede na magnetni pol. 25 Slika 1: Pokritost zrač nega prostora nad Slovenijo s vsemi podatki Mode-S EHS 15. aprila 2011 ter s podatki, ki vsebujejo tudi temperaturo in veter (Mode-S MRAR). Vsaka toč ka predstavlja eno opazovanje. Podatki Mode-S EHS so pred kratkim bili uporabljeni v meteorologiji. de Haan (2011) je razvil postopek, po katerem je mogoč e s pomoč jo spremenljivk, dostopnih v okviru EHS, izrač unati veter in posredno prek hitrosti zvoka tudi temperaturo zraka. Ker morajo vsa letala, opremljena s sistemom Mode-S, sporoč ati EHS spremenljivke, je ta tip meteoroloških meritev vedno na voljo. Pomanjkljivost tako pridobljenih podatkov je slabša natanč nost meritev temperature (ugotovljena napaka je 5 K) ter potreba po kalibraciji orientacije letala pri izrač unu vetra. V nasprotju z metodo Mode-S EHS pa posebni register Mode-S, poimenovan MRAR vsebuje direktne meritve vetra in temperature. Za prenos tega posebnega vremenskega registra mora biti Mode-S radar posebej nastavljen (od letal mora zahtevati register s tehnič no oznako BDS 4.4). Takšen prenos podatkov je bil vzpostavljen na Kontroli zrač nega prometa Slovenije (Hrastovec in Solina, 2013). Proizvajalci transponderjev oziroma letalske družbe trenutno niso obvezane podpirati registra MRAR, zato so meritve na voljo le z določ enih tipov letal (oz. tipov letalskih transponderjev). Slika 1 prikazuje dnevno količ ino podatkov nad Slovenijo prek sistema Mode-S. Opazna je razlika med številom vseh Mode-S odč itkov (EHS parametri), ki ustrezajo vsem preletom nad Slovenijo v enem dnevu, in številom podatkov o temperaturi in vetru MRAR. Teh je le za okrog 5 % vseh podatkov. S splošnim imenom Mode-S bomo v nadaljevanju teksta označ evali Mode-S MRAR, torej direktne meteorološke meritve, katere mi uporabljamo. Meritve Mode-S imajo č asovno loč ljivost 4 sekunde. Reprezentativnost podatkov za več ja območ ja se nekoliko izboljša s č asovnim glajenjem, hkrati pa je na ta nač in zaradi manjšega števila opazovanj omogoč eno hitrejše procesiranje. Za naše potrebe so opazovanja zato glajena znotraj 12 sekund (4 zaporednih meritev) v fazi vzletanja in pristajanja ter znotraj 1 minute (16 zaporednih opazovanj) med letom na konstantni višini. 26 Primer vpliva glajenja prikazuje Slika 2. Ugotovljeno je bilo, da meritve temperature na letališč u niso reprezentativne zaradi asfaltne površine, zato se te izključ ijo iz seta meritev. . Slika 2: Mode-S vertikalni presek spušč ajoč ega se letala 19. junija 2011 okoli 15 UTC. Narisana so surova (pike) in glajena opazovanja (č rte in toč ke). Kvaliteta opazovanj Mode-S MRAR 8.4 Ker resnice ne poznamo, kvaliteto novih podatkov kveč jemu lahko ocenimo s primerjavo z drugimi meritvami. Primerjava je bila opravljena s pomoč jo metode kolokacije, to je statistike razlik med pari bližnjih opazovanj v prostoru in č asu. Set podatkov, uporabljen pri primerjavi, obsega meritve Mode-S, AMDAR in radiosondne meritve v obdobju med 19. majem 2011 in 1. marcem 2012 (Strajnar, 2012b). Podatkovni set obsega 55000 opazovanj AMDAR in 5-7 milijonov meritev Mode-S, odvisno od spremenljivke (opazovanj temperature je za okoli 30% več kot opazovanj vetra). Na letališč u v Ljubljani nobeno letalo, opremljeno z sistemom AMDAR, ne pristaja redno, zato AMDAR omogoč a le primerjavo v višjih plasteh ozrač ja. Radiosondni podatki zajemajo meritve s postaj Ljubljana, Udine, Zadar in Zagreb. Ker razlika med bližnjimi meritvami vsebuje poleg napak Mode-S še napako referenč ne meritve, pa tudi naravno variabilnost ozrač ja, absolutne napake na ta nač in ni mogoč e določ iti. Č e pa so razlike, ugotovljene pri kolokaciji opazovanj, majhne, lahko zaključ imo, da je kvaliteta meritev podobna. Ker AMDAR in Mode-S izvirata iz istih instrumentov in sta le drugač e procesirana, je lahko kriterij pri iskanju parov opazovanj strog. Upoštevajoč frekvenco sporoč anja meritev AMDAR je dovoljena maksimalna horizontalna razdalja 5 km. Pri tej razdalji od opazovanja AMDAR bo pri tipič ni hitrosti letala 250 m/s zagotovo tudi vsaj ena Mode-S meritev. Maksimalna vertikalna oddaljenost je 100 m, dovoljena č asovna razlika pa največ 1 minuta. Tem kriterijem je v navedenem obdobju ustrezalo približno 7000 opazovanj. Slika 3 prikazuje histograme razlik med Mode-S in AMDAR za različ ne spremenljivke. Porazdelitev je normalna s povpreč jem skoraj nič , le pri temperaturi so meritve Mode-S v povpreč ju za 0.14 K hladnejše kot AMDAR. V tej primerjavi tudi ni opaznih parov meritev z zelo velikimi odstopanji. Standardni odklon 27 razlik med zglajenimi Mode-S in AMDAR je 0.35 K za temperaturo, 0.8 m/s za hitrost vetra in pod 10 stopinj za smer vetra. Slika 3: Histogram razlik med AMDAR in podatki Mode-S. Dodan tudi fit normalne porazdelitve. Pri primerjavi opazovanj Mode-S z radiosondami je potrebno dovoliti več je horizontalne oddaljenosti. V tej študiji je uporabljena razdalja 25 km, ki je približna razdalja med meteorološko postajo v Ljubljani in letališč em. Maksimalna č asovna razlika za podatke Mode-S se v tem primeru poveč a na 15 minut, vertikalna razdalja pa ostaja največ 100 m. Rezultati pokažejo, da so porazdelitve razlik še vedno normalne, le razsip je prič akovano več ji kot pri primerjavi z opazovanji AMDAR. Standardni odkloni so 1,7 K pri temperaturi, 3 m/s pri hitrost ter 25 stopinj pri smeri vetra. Ugotovljene vrednosti so povsem primerljive z drugimi študijami za sistem AMDAR (npr. Schwartz and Benjamin, 1995). Ker validacija z metodo kolokacije zajame le sorazmerno majhen del vseh opazovanj ter še posebej, ker primerjava z opazovanji AMDAR zajema le letala, ki so z njim opremljena, je bila opravljena še dodatna validacija v primerjavi z modelskimi vrednostmi. Znotraj č asovnega obdobja dveh let (od junija 2011 do junija 2013) je bil za vsako opazovanje Mode-S izrač unan modelski ekvivalent, in sicer 6-urna operativna napoved z modelom ALADIN. Opravljena je bila analiza za vsako letalo posebej in tudi po tipih. Glavna ugotovitev je, da nekatera letala sporoč ajo sistematsko previsoke temperature. V več ini gre za manjša letala, ki ne letijo na rednih linijah. Ta so bila iz nadaljnje analize izključ ena. Asimilacija opazovanj v model ALADIN 8.3 Model ALADIN (npr. Fischer in sod., 2005) je prognostič ni model za omejeno območ je kar pomeni, da numerič no rešuje tridimenzionalni sistem primitivnih enač b (dinamike in termodinamike tekoč in) v 3D mreži rač unskih toč k. ALADIN od leta 1997 operativno uporablja tudi slovenska meteorološka služba. Trenutno operativna verzija modela uporablja 432 krat 432 modelskih toč k v loč ljivosti 4,4 km ter 87 hibridnih vertikalnih nivojev. Model se na stranskih robovih sklaplja s polji modela Evropskega centra za srednjeroč ne vremenske napovedi (ECMWF). V postopku asimilacije ALADIN uporablja širok nabor konvencionalnih opazovanj in opazovanj daljinskega zaznavanja, kot npr. opazovanj prizemne meteorološke mreže, opazovanj AMDAR, vektorjev premikov oblakov ter sevalnosti geostacionarnih in polarnoorbitalnih satelitov (npr. Strajnar 2012a). Opazovanja se asimilirajo vsake 3 ure z 28 č asovnih oknom opazovanj +/- 1,5 ure glede na č as analize. Model ima napreden sistem za kontrolo kvalitete podatkov, pri č emer se odstranijo nekvalitetni ali odveč ni podatki. Med postopkom asimilacije se analizira 5 glavnih prognostič nih spremenljivk, to so vrtinč nost, divergenca, temperatura, specifič na vlažnost in zrač ni tlak pri tleh. Analizirane spremenljivke so med seboj povezane skozi uporabljene enač be. Stanje atmosfere oz. analizo izrač unamo s pomoč jo tridimenzionalne variacijske asimilacije opazovanj (3D-Var). Analiza je določ ena kot modelsko stanje (vektor, ki vsebuje vse modelske spremenljivke v vseh modelskih toč kah), pri katerem asimilacijska cenovna funkcija () , definirana kot () = (− ) (− ) + (−()) (−()) , doseže minimum (npr. Bouttier and Courtier, 1999). Z je označ en prvi približek, je vektor opazovanj, ( ) pa modelski ekvivalent opazovanj v toč kah meritev. Matriki in sta kovarianč ni matriki napak prvega približka in opazovanj. Pri 3D-Var se privzame, da so vsa opazovanja znotraj triurnega asimilacijskega okna izmerjena ob istem č asu, to je č asu analize. Vpliv, ki ga imajo v analizi opazovanja in prvi približek, je določ en s kovariancami napak obeh virov informacije. Posebno pomemben je opis kovarianc napak prvega približka , saj je od njih odvisna oblika tridimenzionalnih prirastkov analize zaradi opazovanj. Te kovariance določ ajo predvsem, kako gladka bo analiza, kako daleč od mesta opazovanj bo segal njihov vpliv in v kakšni meri bo v analizi ohranjeno ravnotežje med analiziranimi spremenljivkami. Formulacija kovarianc napak prvega približka ni enostavna, saj teoretič no predstavlja matriko dimenzije vektorja stanja . Zato je potrebno poiskati poenostavitev, primerno za izrač un na visoko zmogljivih rač unalnikih. Po enem izmed pogosto uporabljenih pristopov je kovarianč na matrika definirana v spektralnem prostoru v obliki produkta redkih matrik (Derber in Bouttier, 1999; Berre, 2000). Ker kovariance napak prvega približka niso znane, jih je potrebno določ iti empirič no. Empirič ne metode se lahko zasnujejo na uporabi korelacij med inovacijami, to je razlikami med opazovanji in prvim približkom, ali izrač unu medsebojnih razlik modelskih napovedi, veljavnih ob istem č asu (npr. Brousseau in sod., 2011). Tudi opazovanja vsebujejo raznovrstne napake, ki jih lahko razdelimo na instrumentalne in napake reprezentativnosti. Slednje so zelo odvisne od loč ljivosti modela (Kalnay, 2003). Obič ajno se privzame, da so napake opazovanj prostorsko nekorelirane in je matrika diagonalna. To dobro velja predvsem za konvencionalna opazovanja, manj pa pri opazovanjih daljinskega zaznavanja. 29 Slika 4: Vertikalni presek temperature v modelu ALADIN nad Ljubljano dne 11. decembra 2013 ob 21 UTC. Prikazani so analiza (polna č rta), prvi približek (prekinjena č rta) eksperimenta EXP (č rna) in REF (rdeč a) ter bližnja opazovanja Mode-S (modri krogci). Za referenco je dodana radiosondna meritev 6 ur kasneje (ob 3 UTC, zelena č rta). Vpliv Mode-S MRAR na analizo in napoved Za oceno vpliva meritev Mode-S na numerič no napoved vremena na območ ju Slovenije uporabljamo eksperiment, v katerem se poleg vseh operativno uporabljenih opazovanj asimilira tudi podatke Mode-S (EXP) in referenč ni ekperiment (REF). Rezultati, predstavljeni v tem poglavju, so objavljeni v Strajnar in sod. (2015). Asimilacijski cikel za oba eksperimenta je bil pognan štiri dni pred zač etkom posameznega primerjalnega obdobja, kot prvi zač etni pogoj pa je bila uporabljena interpolirana analiza modela ECMWF. Ker se 3D-Var analize izvajajo pogosto (vsake 3 ure), lahko reč emo, da gre za štiridimenzionalno asimilacijo, ki približno opiše tudi č asovno razporejenost opazovanj. Vsakih 6 ur je bila izvedena tudi daljša, 24-urna napoved, namenjena verifikaciji. Podatki Mode-S predstavljajo okoli 5% vseh opazovanj, uporabljenih za asimilacijo v modelu ALADIN-Slovenija. Zimska evaluacija je obsegala obdobje od 12. decembra 2013 do 10. januarja 2014 in je vsebovala tako stabilno zimsko anticiklonalno vreme v prvem delu decembra 2013 kot tudi nestanovitno vreme s padavinami ob prevladujoč em jugozahodnem vetru v drugem delu obdobja. Slika 4 prikazuje primerjavo vertikalnega profila temperature v analizi asimilacijskega cikla EXP in REF v primeru stabilne vremenske situacije. Prikazane so tudi bližnje meritve Mode-S ter poznejša radiosondna meritev. 30 Slika 5: Veter na pritiskovi ploskvi 600 hPa in simulirana radarska odbojnost (dBZ) za (a) EXP, (c) REF in (e) referenč na radarska meritev za analizo 24. junija ob 12 UTC in (b, d, f) 3-urna napoved veljavna 24. junija 2013 ob 15 UTC. Opazimo lahko, da EXP veliko bolje opiše temperaturno inverzijo. Zanimivo je tudi, da je pri EXP vidno izboljšanje v profilu vlage, ki sicer ni opazovana spremenljivka. Pozitiven vpliv na analizo se prenese tudi v napoved. V primerjavi z opazovanji Mode-S je bil ugotovljen pozitiven vpliv na temperaturo od 2 do 5 ur v napoved, tik pri tleh tudi do 24 ur. Vpliv na veter je največ ji med 600 in 400 hPa. Med poletnim eksperimentom (od 22. junija do 20. julija 2013) so bila v Sloveniji vroč a in stabilna obdobja, ki so jih prekinjale neizrazite fronte z nestanovitnim vremenom. Vpliv Mode-S na numerič no napoved vremena v tem obdobju prikaže primer prehoda vremenske fronte 24. junija 2013 (Slika 5). Prikazana je simulirana radarska odbojnost iz obeh eksperimentov ob č asu analize in po 3 urah napovedi, kot referenca pa še izmerjena radarska odbojnost. Opazna je razlika v č asu prehoda in strukturi fronte, ki je bolje opisana v EXP. Prav tako je frontalna cona v polju vetra toč neje opisana zahvaljujoč podatkom Mode-S. Podobno kot v zimskem obdobju je povpreč en vpliv Mode-S pozitiven ob samem zač etku napovedi, a je v poletnem obdobju nekoliko krajši tudi bolj mešan (Slika 6 levo). Razlika med EXP in REF v poletnem obdobju pa je najbolj opazna v planetarni mejni plasti, kjer se napoved temperature v EXP poslabša. Nadaljnja primerjava z talnimi meritvami v Ljubljanski kotlini pokaže, da je EXP pri tleh v tem obdobju sistematič no pretopel in tudi preveč suh. To pomeni, da je vpliv Mode-S na inicializacijo polja vlažnosti 31 prek kovarianc v polju prvega približka v poletnem obdobju podoptimalen. To hipotezo preverjamo z dodatnima eksperimentoma, pri katerih pa je analiza vlage univariatna (Slika 6 desno). Napoved temperature se pri tleh bistveno izboljša glede na multivariaten pristop, ki je v poletnem č asu ter za letalska opazovanja, ki ne vsebujejo meritev vlažnosti, zelo pomemben. Kovariance napak prvega približka, uporabljene v modelu ALADIN, so bile izrač unane na omejenem nizu modelskih napovedi v pomladnem obdobju in tako niso reprezentativne za konkretno poletno obdobje. Slika 6: Razlika RMSE med eksperimentoma EXP and REF za 9-urno napoved temperature v poletnem obdobju, z uporabo multivariatne (levo) in univariatne (desno) analize specifič ne vlažnosti. Zelene in modre barve predstavljajo izboljšanja v EXP v primerjavi z REF. Kot referenca pri verifikaciji so uporabljena opazovanja Mode-S. Slika 7: Horizontalni krajevni presek temperature (K, izolinije), dežja (kg/m, zelena) in snega (kg/m3, rumena) od zahodne do osrednje Slovenije v analizi dne 1. februarja 2014 ob 6 UTC za eksperimenta EXP (levo) in REF (desno). Vpliv Mode-S je bil raziskan tudi ob izrednem vremenskem dogodku nad Slovenijo, žledom pozimi leta 2014. Konec januarja in v zač etku februarja 2014 je bila nad Slovenijo stacionarna vremenska fronta. V višjih slojih ozrač ja je z jugozahodnimi vetrovi pritekal topel in vlažen zrak, v spodnjih zrač nih plasteh pa z vzhodnikom zelo hladen zrak. Padavine, ki so se v plasti med 1000 in 1400 metrov stalile, so nato blizu tal in na tleh zmrzovale in nastajal je žled (Forbes in sod., 2014). To dogajanje je trajalo več dni ter 32 povzroč ilo obsežno škodo na gozdovih in infrastrukturi. Primerjava analiz in napovedi z in brez podatkov Mode-S pokaže, da imajo tudi v tem primeru meritve Mode-S znač ilen pozitiven vpliv, predvsem pa izboljšajo opis debeline plasti zraka z negativnimi temperaturami blizu tal (Slika 7). S tem se je omogoč ila bolj natanč na kratkoroč na napoved in izboljšana diagnostika procesa nastajanja žledu. Ker je bil veter tako v spodnji (hladnejši) kot v zgornji (toplejši) plasti ozrač ja moč an, daljši vpliv Mode-S v napovedih zaradi advekcije ni bil opažen. Zaključ ek V prispevku smo opisali nove letalske meritve vetra in temperature Mode-S MRAR, ki omogoč ajo bistveno poveč anje števila opazovanj nad Slovenijo za uporabo v postopku numerič nega napovedovanja vremena. Z uporabo opazovanj enega letalskega radarja na letališč u Ljubljana je predstavljen vzorč en primer, kako takšne podatke zajemati, predprocesirati in uporabiti za podatkovno asimilacijo (Hrastovec in Solina, 2013; Strajnar, 2012b; Strajnar in sod., 2015). Bistvenega pomena je, da so podatki podobno kvalitetni kot uveljavljene letalske meritve AMDAR. To pomeni, da bi bilo s širitvijo sistema (trenutno le okrog 5% vseh letal odgovarja z registrom MRAR) mogoč e pridobiti veliko zelo kvalitetnih meritev na območ jih, kjer je letalski promet gost. Definiran je bil izbor letal z dobrimi podatki glede na daljše evaluacijsko obdobje, pri č emer so kot referenca uporabljene operativne napovedi modela ALADIN. Izbrani podatki Mode-S se že redno pošiljajo v izmenjavo tudi sosednjim meteorološkim službam. Za oceno vpliva na napoved sta bila uporabljena asimilacijska cikla modela ALADIN z in brez Mode-S pri horizontalni loč ljivosti 4.4 km ter z uporabo tridimenzionalne variacijske asimilacije. Ugotovljeno je bilo, da imajo podatki Mode-S razmeroma velik vpliv na kvaliteto lokalne analize vremena nad Slovenijo ter na zelo kratkoroč no napoved z dolžino nekaj ur. V primeru bolj persistentnega vremena je vpliv še nekoliko daljši. Vpliv na napoved je v splošnem kratek zaradi omejene prostorske pokritosti s Mode-S opazovanji. Predstavljeni so primeri, kako Mode-S izboljšajo napoved nekaterih vremenskih situacij. V poletnem č asu je bil vpliv manj izrazit. Inicializacija vlažnosti v modelu je tudi odvisna od opazovanj vetra in temperature Mode-S zaradi multivariatnih povezav v kovariancah napak prvega približka. Pokazali smo, kako z modifikacijo opisa kovarianc napak izboljšati vpliv podatkov Mode-S v poletnem obdobju. Rezultati sicer nakazujejo, da bo potrebno v prihodnje dodatno pozornost posvetiti uporabi meritev vlažnosti. Vpliv opazovanj Mode-S bo v prihodnje odvisen od količ ine podatkov, ki bodo na voljo z letalskih radarjev v posameznih državah. V Evropi je vsaj 200 radarjev, ki bi prenos meritev Mode-S lahko omogoč ali. Trenutno se podatki Mode-S MRAR že zbirajo tudi na Č eškem in testno v Avstriji, dodan je dodaten letalski radar v Ljubljanski kotlini. Za pridobitev več jega števila opazovanj bo pomembno tudi sodelovanje proizvajalcev transponderjev in letalskih družb, ki bi v izboljšanju vremenskih napovedi lahko zaznale svoj interes. Poleg rasti omrežja Mode-S pa bo vpliv na analizo vremena napovedi odvisen tudi od nadaljnjega razvoja metod za asimilacijo, predvsem izboljšanega opisa vpliva opazovanj v odvisnosti od vremenske situacije. Prič akujemo lahko tudi sinergijske uč inke pri kombiniranju Mode-S z drugimi meritvami. 33 Literatura Berre, L. Estimation of synoptic and mesoscale forecast error covariances in a limited-area model. Mon. Wea. Rev. 128, 644–667 (2000). Bouttier, F., Courtier, P. Data assimilation concepts and methods. Meteorological training course lecture series, ECMWF (1999). Brousseau, P., Berre, L., Bouttier, F., Desroziers, G. Background-error covariances for a convective-scale data-assimilation system. Q. J. R. Meteor. Soc. 137, 409–422 (2011). Derber, J., Bouttier, F. A reformulation of the background error covariance in the ECMWF global data assimilation system. Tellus A 51, 195–221 (1999). Forbes, R., Tsonevsky, I., Hewson, T., Leutbecher, M. Towards predicting high-impact freezing rain events. ECMWF Newsletter 141 (2014). Fischer, C., Montmerle, T., Berre, L., Auger, L., Ş tefă nescu, S. E. An overview of the variational assimilation in the ALADIN/France numerical weather-prediction system. Q. J. R. Meteor. Soc. 131, 3477–3492 (2005). de Haan, S. High-resolution wind and temperature observations from aircraft tracked by Mode-S air traffic control radar. J. Geophys. Res. 116 (2011). Kalnay, E. Atmospheric modeling, data assimilation and predictability (Cambridge University Press, 2003). Hrastovec, M., Solina, F. Obtaining meteorological data from aircraft with Mode-S radars. Aerospace and Electronic Systems Magazine 28 (2013). Strajnar, B. Analiza vremena z lokalno asimilacijo opazovanj. Vetrnica 4, 80–89 (2012a). Strajnar, B. Validation of Mode-S Meteorological Routine Air Report aircraft observations. J. Geophys. Res. 117 (2012b). Strajnar, B., Žagar, N., Berre, L. Impact of new Mode-S MRAR observations in a mesoscale model. J. Geophys. Res. 120 (2015). Schwartz, B. E., Benjamin, S. G. A comparison of temperature and wind measurements from ACARS-equipped aircraft and rawinsondes. Weather Forecasting 10, 528–544 (1995).