Zastosowanie metody statystycznego downscalingu do analizy prędkości wiatru na polskich stacjach brzegowych

• Autorzy: Pilarski M. , Jakusik E. , Marosz M. , Owczarek M. , Miętus M.

Warianty tytułu

EN

Application of statistical-empirical downscaling in the analysis of the wind speed conditions at polish coastal stations

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem analizy była ocena przydatności metod statystycznego downscalingu do opisu warunków anemometrycznych na polskim wybrzeżu. Za pomocą metod kanonicznych korelacji (Canonical Correlation Analysis - CCA) i analizy redundancyjnej RDA (Redundancy Analysis - RDA) skonstruowano 3 modele (z 3, 5 i 7 parami map) na podstawie okresu referencyjnego 1971-2000. Modele te opierają się na założeniu, w którym wybrany predyktor (regionalne pole baryczne) wymusza odpowiedź analizowanego elementu lokalnego (pola prędkości wiatru na polskich stacjach brzegowych). Skoncentrowano się na wybraniu spośród wymienionych modelu optymalnego, w którym warunki cyrkulacyjne determinują największą część zmienności pola prędkości wiatru. Ponadto do oceny modeli wzięto pod uwagę wartość współczynnika korelacji między serią pomiarową i zrekonstruowaną. Wyniki analizy wskazują, że modelem, który najlepiej identyfikuje relacje analizowanego elementu z regionalnym polem barycznym, jest model skonstruowany za pomocą metody CCA z 5 parami map kanonicznych. Model ten wyjaśnia największą część wariancji pola regionalnego spośród wszystkich opracowanych modeli (ok. 75%), a ilość tłumaczonej wariancji pola lokalnego jest jeszcze wyższa i wynosi 95%. Średni (ze wszystkich stacji) współczynnik korelacji między serią pomiarową a odtworzoną mówiący o wiarygodności modelu, wynosi ponad 0,30. Tak mała wartość współczynnika jest spowodowana brakiem dobrego odtwarzania przez model wysokich dobowych prędkości wiatru, co skutkuje znacznym niedoszacowaniem wariancji odtwarzanych serii. Ze względu na fakt, że w analizie spodziewanych zmian elementów meteorologicznych standardowym trybem postępowania jest integracja informacji w ogólniejszej skali czasowej, przeprowadzono agregację wartości dobowych do charakterystyk miesięcznych (średniej i kwantyla 90%). Wartości współczynników korelacji obliczone w skali miesięcznej w wartości średnich i ekstremalnych są zadowalające i na niektórych stacjach przekraczają 0,70.

EN

The aim of the analysis was the assessment of the applicability of the statistical-empirical down-scaling methods in the analysis of the anemometric conditions on the Polish coast. With the usage of Canonical Correlation Analysis (CCA) and Redundancy Analysis (RDA) three models were constructed (with 3, 5 and 7 pairs of maps) for 1971-2000 period. The models base on the assumption that chosen predictor (regional pressure field - SLP) triggers an answer of the analyzed variable (wind speed at Polish coastal stations). From those 3 models the focus was placed on the selection of the optimal one in which the circulation conditions determine most of the local field variability and also the correlation between the observed and reconstructed time series of analyzed elements are at reasonable level. The results confirm that the optimal model which identifies the relations between the regional and local variables was the model constructed with CCA method (5 canonical correlation maps used). This model explains most of the regional field (75%) and the amount of wind speed's explained variance exceeds 95%. The average (for all the stations) correlation coefficient exceeds Q.3Q. Such low values of coefficients is the result of weak ability to reconstruct high speed wind values. However the standard time scale in the future climate change scenarios is the integration of information on longer timescales. Such analysis was added and it seems that the correlation between averages and extremes of wind speed in monthly scale are much better and for some stations exceed Q.7Q.

Słowa kluczowe

PL

statystyczny downscaling; prędkość wiatru; analiza korelacji kanonicznej; analiza redundancyjna

EN

statistical downscaling; wind speed; canonical correlation analysis; Redundancy Analysis

• Wydawca: Polskie Towarzystwa Geofizyczne ; Komitet Geofizyki PAN
• Czasopismo: Przegląd Geofizyczny
• Rocznik: 2012
• Tom: Z. 1
• Strony: 59--71
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Pilarski M.

autor

Jakusik E.

autor

Marosz M.

autor

Owczarek M.

autor

Miętus M.

• Instytut Mateorologii i Gospodarki Wodnej - Państwowy Instytut Badawczy,

Bibliografia

• 1.Hotelling H., 1936, Relations between two sets of variants. Biometrika, 28, 321-377.
• 2.Kalnay E. i in., 1996, The NCEP/NCAR 40-year Reanalysis Project. Bull. Amer. Meteor. Soc, 77, 437-471.
• 3.Miętus M., 1999, Rola regionalnej cyrkulacji atmosferycznej w kształtowaniu warunków klimatycznych i oceanograficznych w polskiej strefie brzegowej Morza Bałtyckiego. Materiały Badawcze IMGW, Seria Meteorologia, 29, 157.
• 4.Miętus M., Filipiak J., 2002, Wpływ termiki powierzchniowej warstwy wody północnego Atlantyku na wielkoskalową cyrkulację atmosferyczną w rejonie Atlantyku i Europy oraz na warunki termiczne w Polsce w XX wieku. Materiały Badawcze IMGW, Seria Meteorologia, 35, 68
• 5.Miętus M., Filipiak J., Owczarek M., 2004, Klimat wybrzeża Południowego Bałtyku. Stan obecny i perspektywy zmian, [w:] Cyberski J. (red.) Środowisko polskiej strefy Południowego Bałtyku - Stan obecny i przewidywane zmiany w przededniu integracji europejskiej, GTN, Gdańsk, 11-44.
• 6.Storch von H., Zwiers F.W., 2001, Statistical Analysis in Climate Research. Cambridge Univ. Press, 499.
• 7.Tyler D., 1982, On the optimality of the simultaneous redundancy transformations. Psychometrika, 47, 77-86.
• 8.WASA, 1998, Changing waves and storm in the Northeast Atlantic? Bull. Amer. Meteor. Soc, 79, 5, 741-760.