Ομάδα Ατμοσφαιρικών Μοντέλων και Πρόγνωσης Καιρού - ΟΑΜ&ΠΚ

ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ

Ερευνητική Υποδομή

Ερευνητική Δραστηριότητα: Η Ομάδα Ατμοσφαιρικών Μοντέλων και Πρόγνωσης Καιρού (ΟΑΜ&ΠΚ) είναι τμήμα του Τμήματος Φυσικής και του Ινστιτούτου Επιταχυντικών Συστημάτων και Εφαρμογών (IΕΣΕ) του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών. Το ΙΕΣΕ είναι διαπανεπιστημιακό Ερευνητικό Ινστιτούτο του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών και του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Η ΟΑΜ&ΠΚ έχει τον Αναπληρωτή Καθηγητή του Πανεπιστημίου Αθηνών Γεώργιο Κάλλο ως επικεφαλή, 5 μεταδιδακτορικούς ερευνητές και συνεργάτες ερευνητές, 6 υποψήφιους διδάκτορες και κατόχους πτυχίου Μάστερ που απασχολούνται σε διάφορα ερευνητικά προγράμματα χρηματοδοτούμενα από εξωτερικές πηγές (ΕΕ, ΗΠΑ, Ελλάδα). Οι ερευνητικές δραστηριότητες της Ομάδας σχετίζονται με ατμοσφαιρική αέρια ρύπανση, κύκλο σκόνης, κλιματικές μεταβολές και μοντελοποίηση κύματος, καθώς και με εφαρμογές σχετιζόμενες με αφομοίωση δεδομένων (data assimilation), πρόγνωση καιρού, κύματος και αέριας ρύπανσης, εφαρμογές στη γεωργία και την αιολική ενέργεια. Η 25-χρονη ερευνητική δραστηριότητα της ομάδας έχει ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη διαφόρων μοντέλων και ολοκληρωμένων συστημάτων. Τα πιο σημαντικά από τα προϊόντα αυτά είναι:

Σύστημα SKIRON: Είναι ένα ολοκληρωμένο σύστημα περιορισμένης περιοχής που αναπτύχθηκε από την ΟΑΜ&ΠΚ. Χρησιμοποιείται περίπου σε πάνω από 20 ερευνητικά ινστιτούτα και Μετεωρολογικές Υπηρεσίες σε όλο τον κόσμο. Βασίζεται στο μοντέλο Eta/NCEP. Λειτουργεί επιχειρησιακά στο Πανεπιστήμιο Αθηνών (http://forecast.uoa.gr) με πάνω απο 10.000 επισκέπτες την ημέρα. Μία από τις δυνατότητες του SKIRON είναι η προσομοίωση του κύκλου σκόνης (λήψη-μεταφορά-εναπόθεση και επιπτώσεις της στην ακτινοβολία). Η ανάπτυξη αυτή έγινε στα πλαίσια των ερευνητικών προγραμμάτων MEDUSE, ADIOS και SKIRON χρηματοδοτούμενα από την ΕΕ. Το SKIRON είναι ένα μοναδικό σύστημα που παρέχει πρόβλεψη της συγκέντρωσης σκόνης και εναπόθεσής της παγκοσμίως. Το σύστημα ΣΚΙΡΟΝ είναι το κύριο προγνωστικό εργαλείο της ΕΜΥ όπου έχει εγκατασταθεί και λειτουργεί από το 1996. Πρόσφατα έγινε η αναβάθμισή του στα πλαίσια των Ολυμπιακών Εργων της ΕΜΥ με τη Κοινωνία της Πληροφορίας Α.Ε.

Σύστημα ICLAMS (Integrated Community Limited Area Modeling System): Το σύστημα αυτό είναι υπό ανάπτυξη στα πλαίσια του προγράμματος. Βασίζεται στο μοντέλο RAMS και συμπεριλαμβάνει μερικές επιπλέον δυνατότητες. Οι πιο σημαντικές εξ αυτών είναι:

• Άμεση σύζευξη του κύκλου της σκόνεης με 8 κατηγορίες μεγέθους
• Άμεση σύζευξη του κύκλου του θαλάσσιου αλατιού με 2 κατηγορίες μεγέθους
• Άμεση σύζευξη της χημείας αέριας φάσης
• Άμεση σύζευξη της χημείας υγρής φάσης, μετατροπή αερίων σε σωματίδια, ετερογενή χημεία
• Λεπτομερές σχήμα μικροφυσικής νεφών με 15 κατηγορίες υδρομετεώρων
• Χειρισμός των CCN, GCCN, IN ως προγνωστικές μεταβλητές
• Αλληλεπίδραση νεφών-ακτινοβολίας-σωματιδίων

Το σύστημα είναι κατάλληλο για κλιματικές προσομοιώσεις και για μελέτες μικροφυσικής νεφών.

Συστήματα Υδραργύρου: Τόσο το SKIRON όσο και το RAMS έχουν χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη δύο πολύπλοκων συστημάτων μοντέλων ικανών για την προσομοίωση του κύκλου του υδραργύρου στην ατμόσφαιρα (μετατροπή από αέρια σε σωματιδιακή μορφή και χημεία αέριας και υγρής φάσης, ξηρή και υγρή εναπόθεση καθώς και διαδικασίες ανταλλαγής αέρα-νερού). Η ανάπτυξη αυτή έγινε στα πλαίσια των ερευνητικών προγραμμάτων MAMCS, MERCYMS και NYSERDA χρηματοδοτούμενα από την ΕΕ και την Πολιτεία της Νέας Υόρκης, ΗΠΑ. Περαιτέρω χρήση του ολοκληρωμένου συστήματος υδραργύρου είναι ως εργαλείο χάραξης πολιτικής για τον έλεγχο των εκπομπών στην Ευρώπη.

Σύστημα LAPS: Είναι ένα data assimilation σύστημα που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία αρχικών και οριακών συνθηκών για τα συστήματα ΣΚΙΡΩΝ και RAMS. Ειδική έκδοση του συστήματος χρησιμοποιείται από την ΟΑΜ&ΠΚ για τη δημιουργία βάσης δεδομένων "reanalysis" πολύ υψηλής διακριτικής ικανότητας.

Σύστημα WAM4: Το μοντέλο αυτό χρησιμοποιείται για την ανάλυση και πρόγνωση κυματισμού επιφάνειας θαλασσων (ανοιχτών και κλειστών, ρηχών και βαθέων) σε τοπική και παγκόσμια κλίμακα. Είναι 4ης γενιάς κυματικό μοντέλο, πλήρως παραλληλοποιημένο και αναπτύχθηκε σαν stand alone system από την ΟΑΜ&ΠΚ σε συνεργασία με το ECMWF. Διαθέτει data assimilation σύστημα για αφομοίωση δεδομένων σε πραγμοατικό χρόνο από μετρητικούς πλωτήρες και δορυφόρους (ENVISAT, JASON1).

Σύστημα POSEIDON: Είναι ένα ολοκληρωμένο σύστημα πρόγνωσης καιρού και κατάστασης θαλασσών που λειτουργεί επιχειρησιακά στο Ελληνικό Κέντρο Θαλασσίων Ερευνών (ΕΛΚΕΘΕ). Το προγνωστικό σύστημα του συστήματος ΠΟΣΕΙΔΩΝ περιλαμβάνει ειδική έκδοση του συστήματος ΣΚΙΡΩΝ με το data assimilation system LAPS και SKIRON/DUST. Πρόσφατα ποαραδόθηκε η αναβάθμιση του συστήματος POSEIDON από τη Φάση Ι στη Φάση ΙΙ στο ΕΛΚΕΘΕ (http://www.hcmr.gr).

Προγνωστικό Σύστημα NHREAS: Είναι ένα ολοκληρωμένο σύστημα που παρέχει μεγάλης ανάλυσης προγνώσεις καιρού και κατάστασης θαλασσών. Λειτουργεί στην Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία για εφαρμογές βέλτιστης διαδρομής και ασφάλειας πλοίων (ενσωμάτωση μοντέλων LAPS, RAMS και WAM).

ASRC Σύστημα πρόγνωσης καιρού και ποιότητας αέρα: Η ΟΑΜ&ΠΚ σε συνεργασία με το Atmospheric Science Research Center του State University of New York στο Albany έχει αναπτύξει μεγάλης ανάλυσης σύστημα πρόγνωσης καιρού που βασίζεται στο SKIRON σύστημα. Παρέχει 48-ωρες προγνώσεις καιρού και ποιότητας αέρα και βελτιστοποίηση παραγωγής ενέργειας για το βορειο-ανατολικό τμήμα των ΗΠΑ.

Μεσογειακό Σύστημα πρόγνωσης ποιότητας αέρα: Η ΟΑΜ&ΠΚ έχει αναπτύξει ένα σύστημα πρόγνωσης ποιότητας αέρα για την Περιοχή της Μεσογείου. Το σύστημα αυτό βασίζεται στο φωτοχημικό μοντέλο CAMx. Χρησιμοποιεί τα μετεωρολογικά πεδία των SKIRON και RAMS για την προσομοίωση της μεταφοράς O3 και σωματιδίων στην Ευρώπη και την περιοχή της Μεσογείου. Δίνεται έμφαση στο Ανατολικό τμήμα της Μεσογείου. Η περίοδος πρόγνωσης είναι 48 ώρες. Οι προγνώσεις παρέχονται μία φορά την ημέρα στην ιστοσελίδα http://forecast.uoa.gr.

Πρόγνωση καιρού για τους Ολυμπιακούς Αγώνες Αθήνα 2004: Η ΟΑΜ&ΠΚ είχε σύμβαση με το Υπουργείο Πολιτισμού/Γενική Γραμματεία Ολυμπιακών Αγώνων, την Οργάνωση ATHENS2004 και την Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία (ΕΜΥ) για την ανάπτυξη και προσαρμογή όλων των αριθμητικών μοντέλων που χρησιμοποιήθηκαν για τους Ολυμπιακούς Αγώνες. Το προγνωστικό αυτό σύστημα βασίζεται στα μοντέλα SKIRON/Eta, NHREAS και WAM. Επιπλέον, η ΟΑΜ&ΠΚ λειτούργησε επιχειρησιακά τα συστήματα αυτά και οι προγνώσεις ήταν διαθέσιμες στην ΕΜΥ.

Υποδομή

Η ΟΑΜ&ΠΚ έχει σημαντική υποδομή σε ηλεκτρονικούς υπολογιστές. Συγκεκριμένα διαθέτει παράλληλες υπολογιστικές πλατφόρμες, (Linux cluster εφoδιασμένο με Dual-QUADCORE επεξεργαστές - 156 CPUs). Διαθέτει επίσης αριθμό συμβατικών workstations και servers εφοδιασμένα με Linux. Το online αποθηκευτικό σύστημα είναι της τάξεως των 80 TBYTES. Το τοπικό ενδοδίκτυο συνδέεται στο WAN και το internet με υποδομή GIGABIT. Η υποδομή αυτή καλύπτει τόσο τις επιχειρησιακές όσο και τις ερευνητικές ανάγκες (ανάπτυξη). Επιπλέον, στην υποδομή αυτή το ΙΕΣΕ είναι συμβαλλόμενος-κλειδί των προγραμμάτων HELLAS-GRID και GRIDCC για GRID computing. Το ΙΕΣΕ έχει σύστημα με 64 DUAL-CPU node linux που συνδέεται στο GRID (σειρά 0).

Συμμετοχή σε προγράμματα:

Η ΟΑΜ&ΠΚ συμμετείχε σε μεγάλο αριθμό μεγάλων Ευρωπαϊκών ερευνητικών προγραμμάτων όπως SECAP, T-TRAPEM (AVICENNE), MEDUSE, CARL, MAMCS, SUB-AERO, ADIOS, AUTOHAZARD-PRO, ENVIWAVE, MERCYMS, κ.λ.π. Επίσης συμμετείχε στα προγράμματα AUTO OIL I and II του DG-XI. Συμμετείχε επίσης στα FP5 προγράμματα ANEMOS, MFSTEP χρηματοδοτούμενα από το DG-Research της ΕΕ, καθώς και στα FP6 προγράμματα CIRCE, POWWOW και INSEA. Επίσης η ΟΑΜ&ΠΚ συμμετείχε σε μεγάλο αριθμό προγραμμάτων στις ΗΠΑ όπως το NARSTO (μελέτη όζοντος πάνω από τις ΒΑ ΗΠΑ) και το Ισοζύγιο υδραργύρου πάνω από τις ΒΑ ΗΠΑ, καθώς και σε εθνικά προγράμματα όπως τα , NHREAS, POSEIDON Ι και ΙΙ, PYTHAGORAS, κ.λ.π. Οι δραστηριότητες αυτές έδωσαν σημαντική εμπειρία στα μέλη της ομάδας. Η ΟΑΜ&ΠΚ συμμετέχει στο πρόγραμμα CESTM/ASRC για την πρόγνωση καιρού και ποιότητας αέρα στις ΒΑ ΗΠΑ. Στη παρούσα φάση η ΟΑΜ&ΠΚ συμμετέχει στο πρόγραμμα CIRCE για τη μελέτη του περιοχικού κλίματος της Μεσογείου και την αλληλεπίδραση αέριας ρύπανσης και κλίματος.