HARMONIE veðurspálíkanið
Veðurspá í þéttu reiknineti
Haustið 2011 byrjaði Veðurstofa Íslands að reikna veðurspár með háupplausnar-líkaninu HARMONIE en með háupplausnarlíkani er átt við líkan sem reiknar veðurspá í þéttu reiknineti. HARMONIE reiknar veðurspár fyrir Ísland og hafsvæðin umhverfis í neti með 2,5 km möskvastærð.
Líkanið er samstarfsverkefni margra evrópuþjóða og varð til við sameiningu tveggja starfshópa sem höfðu um nokkuð skeið unnið að þróun veðurlíkans. Annar þessara forvera var HIRLAM samstarfið (HIgh Resolution Limited Area Modelling) en Veðurstofan varð aðili að því árið 1985 og fór að taka virkan þátt í þróun líkansins frá 1992. Veðurstofur Norðurlandanna fimm, auk veðurstofa Eistlands, Hollands, Írlands, Litháen og Spánar, taka þátt í HIRLAM.
Í upphafi var megintilgangur samstarfsins að þróa svæðisbundið veðurlíkan með hámarksnákvæmni í skammtímaspám (0-36 klst.) og meginafurðin, lengi vel, var líkan með sama nafni, þ.e. HIRLAM. Veðurstofan hefur lengi notað spágögn úr HIRLAM-keyrslu dönsku veðurstofunnar (DMI) á u.þ.b. 15 km reiknineti; og nú á seinni árum einnig í 5 km reiknineti.
Árið 2005 var ákveðið að HIRLAM myndi einbeita sér að þróun á háupplausnarlíkani og í stað þess að byrja frá grunni var ákveðið að hefja samstarf við frönsku veðurstofuna og samstarfshóp undir þeirra forustu, sem nefnist ALADIN eftir samnefndu spálíkani. Frakkar voru þá langt komnir með að þróa spálíkanið AROME og var ákveðið að HIRLAM og ALADIN hóparnir myndu sameinast um frekari þróun þessa líkans og sameina bestu tækninýjungar beggja hópa. Árið 2008 var fyrsta útgáfan af nýju sameiginlegu spálíkani tekin í notkun. Það hlaut nafnið HARMONIE sem vísar til þess að þarna er um samstarfsverkefni ólíkra hópa að ræða. Eftir á var sett saman langt heiti, HIRLAM ALADIN Research on Mesoscale Operational NWP In Euromed, sem passar við skammstöfunina.
Að spá fyrir veðri með HARMONIE líkaninu
Veðurspálíkön herma eftir veðri og til þess að reikna veðurspá þarf að leysa mjög flókið stærðfræðilegt reikningsdæmi þar sem tekið er tillit til margra ólíkra þátta sem hafa áhrif á þróun veðurs. Í lofthjúpnum þarf að taka tillit til hita, loftþrýstings, vinda, vatnsgufu, skýja og úrkomu auk víxlverkana við yfirborð hafs og lands. Samspil þessara þátta er viðfangsefni eðlisfræðilegrar veðurfræði.
Til að keyra líkanið þarf upphafsgildi sem lýsa ástandi lofthjúpsins. Þessi upphafsgildi eru í daglegu tali kölluð greining og í líkankeyrslunni eru allar veðurmælingar á hita og raka í 2ja metra hæð frá Íslandi auk margvíslegra annarra veðurtengdra gagna notuð til þess að gera greiningu í hárri upplausn bæði í tíma og rúmi. Til að ná sem bestum niðurstöðum er líkanið notað til þess að fella hina eðlisfræðilegu þætti að mælingum, þó þannig að það stangist ekki á við jöfnur líkansins. Til gamans má geta þess að þessi aðferðafræði, sem kölluð er gagnahermun á rætur að rekja til vísindagreinar sem Páll Bergþórsson fyrrum veðurstofustjóri birti ásamt Bo R. Döös árið 1955. Einnig þarf líkanið spá um þróun veðurs á jöðrum reiknisvæðisins, en hún fæst frá Reiknimiðstöð evrópskra veðurstofa (ECMWF) og er tekin úr veðurspá sem reiknuð er í mun grófara reiknineti.
HARMONIE líkanið er þróað fyrir reikninet með möskvastærð frá tæplega einum kílómeter upp í nokkra kílómetra. Spá Veðurstofunnar er með reiknineti sem hefur 2,5 km upplausn. Með þessari upplausn er hægt að reikna beint ýmiss ferli sem hafa áhrif á þróun skýja og úrkomu. Máli skiptir að ólíkt grófari líkönum reiknar HARMONIE beint lóðrétta hröðun loftsins en þannig fæst nákvæmari mynd af uppstreymi og lóðréttum vindum sem gerir líkaninu kleift að herma eftir stærri skúraskýjum (klökkum) og úrkomu sem þeim fylgir. Þá hermir líkanið betur eftir ýmsum veðurfyrirbærum þar sem gætir upp- eða niðurstreymis lofts, svo sem þegar kröpp skil ganga yfir, bylgjur sem myndast nærri fjöllum og ýmiss önnur áhrif tengd samspili veðrakerfa og landslags.
Samspil lofthjúps og yfirborðs
Til að herma sem réttast samspil lofthjúps og yfirborðs þarf líkanið að geta tekið tillit til mismunandi landgerða. HARMONIE líkanið er ekki bara líkan af lofthjúpnum, það inniheldur einnig ýmiss hjálparlíkön sem herma ákveðin ferli sem skipta máli til að reikna megi rétta veðurspá. Eitt þessara hjálparlíkana er SURFEX sem hermir ferla við yfirborð og í jarðvegi, s.s. hita og vatnsbúskap, geislunarbúskap og varmaflutninga um yfirborðið, sjá mynd 1. SURFEX þarf að hafa rétt kort af hæð landsins (sem er fengið frá GTOPO3 gagnagrunninum), kort af sand- og leirinnihaldi jarðvegs (sem fengið er frá HWSD gagnagrunni Matvælastofnunar Sþ, FAO) og landgerðarflokkun, s.s. vötn, skóga, auðn, ræktað land o.s.frv. (sem fæst frá gagnagrunni sem heitir ECOCLIMAP-II).
Núverandi uppsetning líkansins
Núverandi uppsetning HARMONIE (haustið 2015) byggir á útgáfu 38h1.2 og reikninetið er með 500x480 reiknipunkta í 2,5 km láréttri upplausn, sjá mynd 2. Reiknifletir eru í 65 lögum upp frá yfirborðinu upp í 10 hPa (~30 km hæð). Reiknað er fjórum sinnum á sólarhring, 0-66 klst. fram í tímann og afurðir teknar út á klukkustundarfresti. Nánari lýsingu er að finna í Seity ofl. 2011 og á sérstakri vefsíðu.
