Kobling af to modelkoder: Integrerede HIRHAM og MIKE SHE simuleringer på et dansk opland PhD studerende Morten Andreas Dahl Larsen (afsluttes i forsommeren 2013) KU (Karsten Høgh Jensen) GEUS (Jens Christian Refsgaard) DMI (Jens Hesselbjerg Christensen) DHI (Mike Butts) Outline 1.Introduktion til projektet 2.De to modeller pre koblings kalibrering og setup 3.Koblingens opbygning og karakteristika for kørslerne 4.Resultater fra koblingen 5.Konklusioner og perspektiver
1. Introduktion til projektet Introduktion/baggrund Traditionelt; hydrologisk modellering og klimamodellering = to separate discipliner Klimamodeller: Simpel beskrivelse af overflade og grundvand
1. Introduktion til projektet HIRHAM 11 km Sensibel Fordampning Sensibel energi Fordampning energi Simpelt vandbudget med vegetations, overflade og jordvandskomponenter
1. Introduktion til projektet Introduktion/baggrund Traditionelt; hydrologisk modellering og klimamodellering = to separate discipliner Klimamodeller: Simpel beskrivelse af overflade og grundvand Hydrologiske modeller: Atmosfærisk udveksling begrænset til et overfladenært lag (kun vertikal udveksling)
1. Introduktion til projektet Lav øvre grænse (5 25m) 500 m Fordampning Sensibel energi Kompleks hydrologisk beskrivelse med vandløb, overfladestrømning, grundvandsstrømning, umættet zone, 2 lags fordampningsmodel etc.
1. Introduktion til projektet Introduktion/baggrund Forventninger til koblingen HIRHAM: Forbedrede simuleringer grundet højere detalje i fordeling, timing og størrelseorden af tilgængeligt vand Bedre beskrivelse af land use karakteristika (forskellig vegetation) og sæsonvariationer Mulighed for at inkludere antropogene effekter MIKE SHE: Horisontal redistribuering af energi
1. Introduktion til projektet Horisontal transport af energi 500 m 11 km Kompleks vegationsbeskrivelse
2. MIKE SHE setup MIKE SHE (opland) Baseret på DK modellen 500 m dx / 0.05 0.5 m dz (umættet zone) / Kompleks geologi Skjern åopland (2500 km 2 ) Stor mængde observationsdata (HOBE projektet) Punktmålinger Placering
2. MIKE SHE setup MIKE SHE (Spinup periode) 3 års loop 2 års spinup 1 års evalueringsperiode 1/10 2009 1/10 2010
2. MIKE SHE setup MIKE SHE (Parameterisering: sensitivitet og kalibrering) Objektiv funktion: Energifluxe + vandføring
2. HIRHAM setup HIRHAM (regional klimamodel) Testet på 8 domæner Grid størrelse, domæne størrelse og domæne placering Nedbør og temperatur Era Interrim boundary data (observationsdata) Vurderet imod observationsdata
2. HIRHAM setup HIRHAM (Domæne tests)
2. HIRHAM setup HIRHAM (analyser) DMI datasæt (10 20 km) Bootstrapstatistik Boundary påvirkning: Simulering af lavtryk E obs datasæt (ca. 25 km)
2. HIRHAM setup HIRHAM (konklusioner) Nedbør; bedre simuleringer om vinteren (konvectiv sommer regn) Tendens til at større domæne er vigtigere sammenlignet med høj opløsning Bedste domæne valgt til koblingen: 11km og 4000x2800km Paper: Larsen et al (2012): On the role of domain size and resolution in the simulations with the HIRHAM region climate model. Climate dynamics. DOI 10.1007/s00382 012 1513 y.
3. Koblingens opbygning og karakteristika for kørslerne Kobling (setup) Baseret på OpenMI (Open Modelling Interface) Foregår på to forskellige platforme: Linux (HIRHAM CRAY Super Computer)/Windows (MIKE SHE) Grundet ovenstående; Ekstra kode på Linux siden til at kontrollere data udvekslingen Dataudveksling på et delt drev Efter en del vanskeligheder kører koblingen nu fuldstændig stabilt på fuld skala og på flere år
3. Koblingens opbygning og karakteristika for kørslerne Kobling Første spørgsmål: Hvordan evaluerer man resultaterne? Præsenteret her (1 års modellering 1/5 09 til 1/5 10) Koblede kørsler med udvekslingsrater på 15 120 min Variabilitet fra HIRHAM (pertuberede kørsler)
3. Koblingens opbygning og karakteristika for kørslerne Kobling (setup) Koblet spinup periode: 2 måneder (vinterstart > fyldte reservoirer) Nuværende setup: 9 fuldt overlappende celler / 21 celler i alt (inkl. Delvist dækkede) 5 test domæner
4. Resultater fra koblingen Kobling (Simuleringstid)
4. Resultater fra koblingen Kobling (HIRHAM output Nedbør) Forskelle Domæne1: 271mm Domæne2: 237mm Domæne3: 212mm Domæne4: 183mm Domæne5: 171 mm
4. Resultater fra koblingen Kobling HIRHAM output: RMSE (time/dagsværdier) 6 variable
4. Resultater fra koblingen Kobling (MIKE SHE output energifluxe og vandføring)
4. Resultater fra koblingen Kobling (fordampning distribueret) Spring Summer MIKE SHE Reference run MIKE SHE Coupled run HIRHAM Reference run HIRHAM Coupled run
5. Konklusioner og perspektiver Konklusioner Simuleringstid 3 8 dage/modelår (12 120min udveksling) Forbedring for de fleste variable ved hyppigere udveksling Ingen åbenlys forbedring koblet i fht ukoblet Ikke forventeligt fordi: Kalibrering på fluxe+vandføring (MIKE SHE) Filtre/smoothing (HIRHAM) Sne håndteres i HIRHAM, men er ikke implementeret i MIKE SHE SWET 3 af 6 variable er uændret/forbedret Perspektiver og mulige kommende studier med koblingen Generelt: Signal snarere end egentlig forbedring Sammenligningsstudier (Parflow/Cosmo > Bonn) igangværende Ekstremår vådt/tørt/normalt /Våd bias i HIRHAM Større MIKE SHE opland (hele Jylland/Sjælland internationalt case) Klimascenarier Land use ændringer (effekt hydrologi > klima og ikke omvendt)
5. Konklusioner og perspektiver Konklusioner Simuleringstid 3 8 dage/modelår (12 120min udveksling) Forbedring for de fleste variable ved hyppigere udveksling Ingen åbenlys forbedring koblet i fht ukoblet Ikke forventeligt fordi: Kalibrering på fluxe+vandføring (MIKE SHE) Filtre/smoothing (HIRHAM) Sne håndteres i HIRHAM, Input er men mere er ikke end implementeret velkomne i MIKE SHE SWET 3 af 6 variable er uændret/forbedret Tak! Perspektiver og mulige kommende studier med koblingen Generelt: Signal snarere end egentlig forbedring Sammenligningsstudier (Parflow/Cosmo > Bonn) igangværende Ekstremår vådt/tørt/normalt /Våd bias i HIRHAM Større MIKE SHE opland (hele Jylland/Sjælland internationalt case) Klimascenarier Land use ændringer (effekt hydrologi > klima og ikke omvendt)