Analiza informacji meteorologicznych 1103-5`AIM
Celem wykładu jest zapoznanie studenta z podstawowa wiedzą z zakresu operowania danymi uzyskiwanymi z pomiarów meteorologicznych w zastosowaniach operacyjnych (synoptycznych i klimatologicznych) oraz naukowo-badawczych.
Program:
1. Wiadomości wstępne
Przetwarzanie danych jako proces redukcji i selekcji dostępnych informacji. Pojęcie redundancji. Problem reprezentacji procesów atmosferycznych w różnych skalach. Rodzaje danych meteorologicznych i klimatologicznych. Podstawowe formaty danych meteorologicznych (NetCDF, HDF, GRIB). Informacja o organizacji zbierania, transmisji przetwarzania danych meteorologicznych i klimatologicznych.
2. Przetwarzanie i analiza danych synoptycznych.
a) Weryfikacja i korekcja danych obserwacyjnych. Źródła oraz rodzaje błędów i przekłamań. Wykorzystanie redundancji dla detekcji i korekcji błędów.
b) Interpolacja danych liczbowych. Reprezentacja pół ciągłych i interpolacja do węzłów siatki regularnej. Główne techniki interpolacyjne - interpolacja liniowa, wielomiany, funkcje sklejane (splajny). Współczynniki wagowe. Wykorzystanie danych klimatologicznych i prognostycznych.
c) Adaptacja i asymilacja danych niesynchronicznych.
Wprowadzenie do asymilacji danych, asymilacja metoda 3DVar oraz 4DVar, filtr Kalmana, przykłady asymilacji danych satelitarnych i synoptycznych
d) Filtracja danych synoptycznych i jej związek z interpolacją. Analiza synoptyczna obiektywna i subiektywna. Rozkłady na komponenty ortogonalne.
e) Wizualizacja wyników przetwarzania i analizy. Nakładanie i animacja obrazów.
3. Przetwarzanie i analiza danych klimatologicznych
a) Re-analiza danych klimatologicznych, standaryzacja długich serii obserwacyjnych na przykładzie re-analizy NCEP/NCAR i ERA40.
b) Repetytorium podstaw probabilistyki, statystyki i teorii procesów stochastycznych. Pola losowe. Momenty statystyczne. Szum biały i kolorowy. Rozkłady kanoniczne procesów i pól losowych. Funkcje korelacyjne i autokorelacyjne.
c) Analiza szeregów czasowych. Rozkłady kanoniczne szeregów czasowych. Szeregi stacjonarne. Klasyczna analiza Fouriera. Widmo mocy. Problemy ukrytych okresowości. Problemy praktyczne analizy Fourierowskiej. FFT. Szum czerwony i szum niebieski. Inne szeregi ortogonalne. Elementy analizy falkowej.
d) Analiza pól stochastycznych. Naturalne funkcje ortogonalne i ich zastosowania w analizie klimatologicznej. Pola jednorodne i izotropowe i ich zastosowanie w tzw. interpolacji obiektywnej pól synoptycznych.
e) Wybrane przykłady specjalnych technik przetwarzania np. filtr Kalmana, analiza fraktalne, sieci neuronowe, itp.
Przewidywany nakład pracy studenta:
Uczestnictwo w zajęciach: 60 h
Przygotowanie do zajęć i zadania domowe: 20 h
Przygotowanie do egzaminu i egzamin 20 h
Tryb prowadzenia
Założenia (opisowo)
Koordynatorzy przedmiotu
Efekty kształcenia
Wiedza:
1. Poznanie podstawowych metod przetwarzania podstawowych danych synoptycznych i klimatycznych
2. Poznanie metod asymilacji danych meteorologicznych do modeli prognoz pogody
Umiejętności:
1. Umiejętność wykonywania, analizy i interpretacji pomiarów geofizycznych
2. Znajomość oprogramowania służącego analizie danych geofizycznych
3. Znajomość różnych formatów danych meteorologicznych
4. Umiejętność wizualizacji danych, wykreślania map na podstawie pomiarów w nieregularnej sieci obserwacyjnej
5. Umiejętność przeprowadzenia syntetycznej analizy zjawisk atmosferycznych w różnych skalach
Kompetencje personalne i społeczne:
1. Student potrafi samodzielnie wyszukiwać informacje w literaturze, także w językach obcych
2. Student potrafi precyzyjnie formułować pytania służące pogłębianiu własnego zrozumienia danego tematu
3. Student rozumie i docenia znaczenie uczciwości intelektualnej w działaniach własnych; postępuje etycznie
Kryteria oceniania
Uczęszczanie na wykład i ćwiczenia jest zalecane, acz nieobowiązkowe. Uzyskanie pozytywnej oceny końcowej z wykładu możliwe jest po pozytywnym zaliczeniu ćwiczeń i zdaniu egzaminu ustnego.
Do egzaminu ustnego mogą przystąpić studenci, którzy uzyskali zaliczenie z ćwiczeń. Lista zagadnień na egzamin ustny zostanie podana z około miesięcznym wyprzedzeniem w zależności od materiału zrealizowanego na zajęciach.
Zaliczenie ćwiczeń odbywa się na podstawie aktywności na zajęciach oraz na podstawie wykonanych prac domowych.
Literatura
1. R. R. Rogers, M. K. Yau: A short course in cloud physics. Pergamon Press, Oxford, 1989.
2. R.A. Houze: Cloud dynamics. Academic Press, 1993.
3. W.R. Cotton, I.R.A. Anthes: Storm and cloud dynamics. Academic Press, 1989
4. F.H. Ludlam: Clouds and storms. The Pennsylvania State University Press, 1980
Więcej informacji
Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb: