Broadband radiation scheme fully interacting with clouds
Širokospektrálna radiačná schéma plne interagujúca s oblačnosťou
dissertation thesis (DEFENDED)
View/ Open
Permanent link
http://hdl.handle.net/20.500.11956/94155Identifiers
Study Information System: 107944
Collections
- Kvalifikační práce [10676]
Author
Advisor
Referee
Bednář, Jan
Kubátová, Brankica
Faculty / Institute
Faculty of Mathematics and Physics
Discipline
Meteorology and Climatology
Department
Department of Atmospheric Physics
Date of defense
13. 12. 2017
Publisher
Univerzita Karlova, Matematicko-fyzikální fakultaLanguage
English
Grade
Pass
Keywords (Czech)
radiačný prenos v atmosfére, cena voči presnosti, širokopásmový prístup, prerušovaná aktualizácia, vyváženosť chýbKeywords (English)
atmospheric radiative transfer, cost versus accuracy, broadband approach, intermittent update, error balanceParametrizácia radiačného prenosu je kľúčovou a zároveň výpočtovo vysoko náročnou súčasťou predpovedných modelov počasia a modelov všeobecnej cirkulácie. Z tohto dôvodu je predmetom nikdy nekončiacich kompromisov medzi cenou a presnosťou výpočtov. Predkladaná práca vylepšuje existujúcu širokopásmovú radiačnú schému revidovaním jej kritických častí - plynových transmisií, optických vlastností oblačnosti a interných dlhovlnných výmen. Presnosť širokopásmového prístupu aplikovaného na celé spektrum je zvýšená na úroveň potrebnú pre krátkodobú predpoveď počasia. Ako nový prvok je zavedená prerušovaná aktualizácia širokopásmových plynových transmisií, znižujúca cenu výpočtov pri zachovaní plnej interakcie medzi oblačnosťou a žiarením. Škálovateľnosť dlhovlnných výpočtov je zabezpečená pomocou rozkladu celkových výmen s využitím tzv. orámovania, vylepšeného o prerušovane aplikovaný samoučiaci algoritmus na výpočet interpolačných váh. V podmienkach operatívnej predpovede počasia je vyvinutá schéma plne porovnateľná s prevládajúcim prístupom, vďaka lepšie vyváženým chybám pochádzajúcim z radiačnej schémy samotnej a zo selektívnej aktualizácie optických vlastností.
The parameterization of radiative transfer is a part of numerical weather prediction and general circulation models that is both essential and computationally very expensive, and is therefore subject to neverending compromises between accuracy and computational cost. The present thesis offers an improvement to the existing broadband radiation scheme by revising its critical components - gaseous transmissions, cloud optical properties, and calculation of internal longwave exchanges. The accuracy of the fullspectrum broadband approach is thus raised to the level required for the short range numerical weather forecast. The intermittent update of broadband gaseous transmissions is introduced as a new component, reducing computational cost while preserving the full cloudradiation interaction. The scalability of longwave computations is ensured by adopting the net exchanged rate decomposition with bracketing, improved by an intermittently applied selflearning algorithm determining the interpolation weights. It has been demonstrated that under conditions of operational weather forecasting, this developed scheme is fully competitive with the mainstream approach, due to the improved error balance between the...