<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<Gradivo ID="104358" NadgradivoID="0" NRID="10975804" OceID="0" DomainUrl="https://repozitorij.uni-lj.si/" IzpisPolniUrl="https://repozitorij.uni-lj.si/IzpisGradiva.php?lang=slv&amp;id=104358" StOgledov="3601" StPrenosov="705" StOcen="0" VsotaOcen="0" DatumIzvoza="2026-08-14 15:52:43" OcenaSkupna="0" StPodgradiv="0" StudijskiProgramEvsID="0" JeIndeksirano="0" JeVecAvtorjev="0" DovoliZahtevkeZaDostop="0">
  <PID Url="http://hdl.handle.net/20.500.12556/RUL-104358">20.500.12556/RUL-104358</PID>
  <Naslov>Assimilation of spaceborne Doppler wind lidar observations in a mesoscale model</Naslov>
  <Podnaslov></Podnaslov>
  <TujJezik_Naslov>Asimilacija satelitskih opazovanj vetra z Dopplerjevim lidarjem v mezoskalni model</TujJezik_Naslov>
  <TujJezik_Podnaslov></TujJezik_Podnaslov>
  <Opis>A continuous improvement of weather prediction is the most important activity
of the most of meteorological research. Numerical Weather Prediction (NWP) is
the initial value problem, in addition dependent on the quality of numerical model.
The NWP improvements rely substantially on the quality atmospheric observations.
They are needed in the process of data assimilation that prepares initial conditions
for the model forecast.
The lack of observations of wind profiles is currently the main shortcoming of the
Global Observing System (GOS). The wind information is crucial in the tropics and
for small-scale processes in the extra-tropics. On 22 August 2018, a long awaited
ESA’s mission, the Aeolus satellite has been launched, which marks the beginning
of the new era of measuring winds using lidars from space. Aeolus will measure
the so-called horizontal line-of-sight (HLOS) winds below about 30 km. This is
the wind component measured in the direction of the pointing lidar and projected
horizontally. The line of sight is defined by the azimuth angle from the north which
is in the midlatitudes around 60o. Winds are retrieved from the light scattered on
the air molecules (Rayleigh winds) and on the air particles such as aerosols and
cloud particulates (Mie winds).
The HLOS Aeolus winds are expected to improve the forecast skill in global
models. The potential of HLOS winds in limited area models (LAMs), the main
objective of this thesis, has not been yet addressed. As LAMs simulate small-scale
processes, their initialization requires higher resolution observations compared to
global models. Even though the Aeolus data with its default horizontal resolution
of 90 km can not provide many profiles for the use in a LAM domain, they may be
valuable due to the lack of wind profiles. In addition, it is possible to increase the
HLOS horizontal resolution at the expense of the data accuracy. The main goal of
the thesis is to assess the potential of the HLOS winds in comparison to the zonal
and meridional wind components and the full wind information in a LAM domain
over Europe and northern Atlantic. As a single HLOS observation contains some
information on both the zonal and meridional wind components, its impact in the
assimilation will project on both components depending on the azimuth and data
assimilation modelling, especially the covariances of the background errors which
define the spreading of observed information in the model space.
The impact of HLOS profiles in a LAM was addressed using the ensemble data
assimilation that provides flow-dependent background error covariance. A novel
system built for the thesis is based on the 50-member ensemble using the Weather
Research and Forecasting (WRF) model and the Ensemble Adjustment Kalman
Filter (EAKF), nested in the state-of-the-art operational ensemble prediction system
of the European Centre for medium-Range Weather Forecasts (ECMWF).
The flow-dependent representation of the background-error covariances has been
shown crucial for the assimilation of HLOS. This was demonstrated on the case of
a cold front in the North Atlantic. It was also shown that the assimilation of HLOS
winds in special cases with the EAKF may be more useful than the assimilation of
full wind vector. An average potential of HLOS winds was investigated using a series
of Observing System Simulation Experiments (OSSEs) that compared the impact of
simulated HLOS data with the impact of full wind and its two wind components as well as temperature observations. Results show that the impact of HLOS winds is
linearly distributed between the zonal and meridional wind components as defined
by the applied azimuth of 30◦ from the zonal direction. The multivariate coupling
has been found on average weak. Despite a weak multivariate impact, the HLOS
winds have been shown promising as they provide better analysis in the zonal wind
component compared to the case when only meridional winds are assimilated, and
a better impact on the meridional wind compared to the assimilation of the zonal
wind component only.
The impact of increased resolution of Aeolus observations was addressed using
sensitivity experiments with the Aeolus simulator and a global high resolution
(T3999) 10-day forecast of ECMWF coupled with the CALIPSO satellite observations
of optical properties of the atmosphere. It is found that the Mie winds are less
sensitive on the changes in the accumulation length used to prepare a single HLOS
profile then the Rayleigh winds. In particular, the Mie wind observation error is
found rather constant with amplitude 1-1.2 ms−1 for the range of the accumulation
lengths between 30 km and 90 km. These results suggest a significant tuning potential
of the Aeolus retrieval for the need of weather prediction with high-resolution
LAMs.</Opis>
  <TujJezik_Opis>Eden glavnih ciljev raziskav v meteorologiji je izboljšanje kvalitete napovedi vremena.
Numerično napovedovanje vremena (ang. Numerical Weather Prediction
- NWP) predstavlja problem začetnih pogojev. Za izboljšanje NWP so predvsem
potrebna kvalitetna opazovanja atmosfere, ki so osnova za pripravo začetnih pogojev
za napoved.
Trenutno glavna slabost globalnega opazovalnega sistema je pomankanje direktnih
opazovanj profilov vetra. Informacija o vetru je posebej pomembna v tropskih
predelih in tudi v zmernih zemljepisnih širinah za predstavitev procesov na majhnih
skalah. To luknjo v opazovanjih, bo delno zapolnil Aeolus, satelit Evropske
vesoljske agencije, ki predstavlja prvi sistem za merjenje vetra iz vesolja z Dopplerjevim
lidarjem. Aeolus je bil uspešno izstreljen 21.8.2018. Lidar na Aeolus meri
radialno komponento hitrosti gibanja delcev in molekul zraka, ki jo določa usmerjenost
žarka lidarja, med tlemi in višino približno 30 km. Glavni produkt sistema
je meritev hitrosti HLOS (ang. Horizontal Line-of-sight), ki predstavlja projekcijo
radialne komponente hitrosti na horizontalno ravnino, pri predpostavki, da je
vertikalna hitrost zanemarljiva. Dosedanje študije so pokazale, da bo uporaba opazovanj
Aeolus zanesljivo prispevala h izboljšanju napovedi vremena z globalnimi
modeli.
Disertacija se ukvarja z vplivom opazovanj sistema Aeolus v modelih na omejenem
območju (ang. limited area models - LAM), ki do sedaj ni raziskan. Glede
na velikost območja LAM, dolžino uporabne napovedi in število opazovanj HLOS,
ni jasno kakšen je pričakovan vpliv opazovanj Aeolus.
Tipična horizontalna ločljivost opazovanj Aeolus je 90 km, kar je značilno večja
razdalja kot je tipična ločljivost LAM, ki je nekaj km. Opazovanja Aeolus so
kljub temu lahko zelo pomembna, saj v splošnem opazovanj vetra ni veliko (npr.
nad oceani) in poleg tega, sistem Aeolus omogoča procesiranje opazovanj na višji
ločljivosti. V okviru disertacije je razvit nov sistem za napovedovanje vremena, ki
je osnovan na metodi ansambel Kalman filtra in je sklopljen z modelom ECMWF.
Sistem se je uporabil pri analizi vpliva opazovanj vetra tipa HLOS v primerjavi z
opazovanji celotnega vektorja horizontalnega vetra, oziroma njegovih dveh komponent.
Povezanost kovariance napak prvega približka z lastnostmi toka v atmosferi,
predstavlja pomemben faktor pri asimilaciji opazovanj HLOS. To je bilo prikazano
na primeru hladne fronte v Severnem Atlantiku, kjer se je izkazalo, da je lahko
asimilacija opazovanja HLOS, v nekaterih primerih bolj učinkovita kot asimilacija
opazovanja celotnega vektorja vetra. Povprečen vpliv opazovanj HLOS na pripravo
začetnih pogojev za LAM, je bil ovrednoten z vrsto eksperimentov OSSE (ang.
Observing System Simulation Experiments). Pri tem se je povprečni vpliv opazovanj
HLOS primerjal s povprečnim vplivom vektorja vetra, njegovih komponent in tudi
temperature. Rezultati so pokazali, da je vpliv HLOS, ki je nagnjen za 30◦severno
iz zonalne smeri, linearno porazdeljen med zonalno in meridionalno komponento
vetra. Vpliv multivariatnih lastnosti sistema pri asimilaciji HLOS je v povprečju
majhen. Kljub temu se je izkazalo, da opazovanja HLOS omogočajo pripravo bolj
kvalitetnih analiz v zonalnem vetru, kot v primeru kjer se asimilira le meridionalni
veter. Podobno, opazovanja HLOS omogočajo pripravo bolj kvalitetnih analiz v meridionalnem vetru, kot v primeru kjer se asimilira le zonalni veter.
V namen preučevanja vpliva povečane ločljivosti opazovanj Aeolus na njihove
lastnosti, se je pripravila vrsta eksperimentov občutljivosti. Eksperimenti so bili
narejeni z simulatorjem Aeolus, kjer so bila vhodna polja pripravljena s pomočjo
kompozicije globalne napovedi na visoki ločljivosti Evropskega centra za srednjeročno
napoved (ECMWF) in satelitskimi meritvami optičnih lasnosti atmosfere sistema
CALIPSO. Napaka opazovanj vetra, ocenjenega iz gibanja aerosolov in hidrometeorjev
(veter Mie), je relativno neodvisna od njihove horizontalne ločljivosti. Za
horizontalno ločljivost v intervalu 30-90 km je napaka opazovanj med 1 in 1.2 ms−1.
Ti rezulati napovedujejo, da je za pripravo začetnih polj za LAM največji vpliv
pričakovati iz opazovanj vetra Mie.</TujJezik_Opis>
  <KljucneBesede>
    <Beseda>Aeolus satellite</Beseda>
    <Beseda>horizontal line-of-sight winds</Beseda>
    <Beseda>limited-area modelling</Beseda>
    <Beseda>ensemble Kalman filter data assimilation</Beseda>
  </KljucneBesede>
  <TujJezik_KljucneBesede>
    <Beseda>misija Aeolus</Beseda>
    <Beseda>horizontalna komponenta radialnega vetra</Beseda>
    <Beseda>mezoskalni
sistem za asimilacijo</Beseda>
    <Beseda>metoda ansabel Kalman filtra</Beseda>
  </TujJezik_KljucneBesede>
  <Potrjeno>true</Potrjeno>
  <JeZaklenjeno>false</JeZaklenjeno>
  <JeRecenzirano>false</JeRecenzirano>
  <Zaloznik></Zaloznik>
  <Izvor></Izvor>
  <Jezik ID="1033" ISO639-3="eng">Angleški jezik</Jezik>
  <TujJezik ID="1060" ISO639-3="slv">Slovenski jezik</TujJezik>
  <Povezave></Povezave>
  <Pokrivanje></Pokrivanje>
  <CasovnoPokritje></CasovnoPokritje>
  <AvtorskePravice></AvtorskePravice>
  <VrstaGradiva ID="mb31" DRIVER="info:eu-repo/semantics/doctoralThesis">Doktorsko delo/naloga</VrstaGradiva>
  <DatumVstavljanja>2018-10-05 07:45:01</DatumVstavljanja>
  <DatumObjave>2018-10-05 07:45:12</DatumObjave>
  <DatumSpremembe>2024-05-30 11:43:43</DatumSpremembe>
  <DatumTrajnegaHranjenja>0000-00-00 00:00:00</DatumTrajnegaHranjenja>
  <LetoIzida>2018</LetoIzida>
  <LetoIzidaDo>0</LetoIzidaDo>
  <KrajIzida></KrajIzida>
  <LetoIzvedbe>0</LetoIzvedbe>
  <KrajIzvedbe></KrajIzvedbe>
  <Opomba></Opomba>
  <StStrani></StStrani>
  <StevilcenjeNivo1></StevilcenjeNivo1>
  <StevilcenjeNivo2></StevilcenjeNivo2>
  <Kronologija></Kronologija>
  <Patent_Stevilka></Patent_Stevilka>
  <Patent_DatumVeljavnosti>0000-00-00</Patent_DatumVeljavnosti>
  <VerzijaDokumenta>NiDoloceno</VerzijaDokumenta>
  <StatusObjaveDrugje>NiDoloceno</StatusObjaveDrugje>
  <VrstaStroskaObjave>NiDoloceno</VrstaStroskaObjave>
  <DatumPoslanoVRecenzijo>0000-00-00</DatumPoslanoVRecenzijo>
  <DatumSprejetjaClanka>0000-00-00</DatumSprejetjaClanka>
  <DatumObjaveClanka>0000-00-00</DatumObjaveClanka>
  <EmbargoDo></EmbargoDo>
  <VrstaEmbarga ID="1" Naziv="Takojšnja javna objava" OpenAIREDostop="openAccess"></VrstaEmbarga>
  <Osebe>
    <Oseba ID="31451" Ime="Matic" Priimek="Šavli" AltIme="" VlogaID="70" VlogaNaziv="Avtor" ConorID="220355683" Afiliacija="" ArrsID="35328" ORCID=""></Oseba>
    <Oseba ID="31458" Ime="Nedjeljka" Priimek="Žagar" AltIme="Nedjeljka Brzović; N. Žagar; Nedjeljka Zagar" VlogaID="991" VlogaNaziv="Mentor" ConorID="46802275" Afiliacija="" ArrsID="26239" ORCID=""></Oseba>
  </Osebe>
  <Identifikatorji>
    <Identifikator ID="16" Sifra="VisID" Naziv="VisID" URL="">93170</Identifikator>
    <Identifikator ID="3" Sifra="CobissID" Naziv="COBISS_ID" URL="https://plus.cobiss.net/cobiss/si/sl/bib/372393">372393</Identifikator>
  </Identifikatorji>
  <Datoteke>
    <Datoteka ID="114882" DatotekaNRID="10814590" NamenDatotekeID="2" NamenDatoteke="Predstavitvena datoteka" FormatDatotekeID="2" FormatDatoteke=".pdf" MIME="application/pdf" IkonaFormata="pdf.png" IkonaFormataPolniUrl="https://repozitorij.uni-lj.si/teme/rulDev/img/fileTypes/pdf.png" VelikostDatoteke="43394569" VelikostDatotekeKratko="41,38 MB" DatumVstavljanja="2018-10-05 07:45:26" JeZbrisana="false" JeJavnoVidna="true" JeIndeksirana="true" JeVidno="true" VidnoOd="01.01.1970" Zaporedje="0">
      <Naziv>378.pdf</Naziv>
      <OrgNaziv>378.pdf</OrgNaziv>
      <URL></URL>
      <Opis></Opis>
      <OpisTujJezik></OpisTujJezik>
      <UrlObdelave></UrlObdelave>
      <FrekvencaAzuriranjaID>1</FrekvencaAzuriranjaID>
      <Verzija></Verzija>
      <MD5>768AA6524B9E05E0700D6E85B1E04F84</MD5>
      <SHA256>6c50b54845d112afcf5096463aeb6404578f5b1ec850aa7fe6835e890eaef846</SHA256>
      <UUID>fab86ef8-a1b5-11eb-a523-00155dcfd717</UUID>
      <PID></PID>
      <PrenosPolniUrl>https://repozitorij.uni-lj.si/Dokument.php?lang=slv&amp;id=114882</PrenosPolniUrl>
      <Vsebine>
        <Vsebina TipVsebine="GoloBesedilo" JezikID="1033" Oznaka="" Dolzina="362204"></Vsebina>
      </Vsebine>
    </Datoteka>
  </Datoteke>
  <Organizacije>
    <Organizacija OrganizacijaID="11" Kratica="FMF" ZavodEvsID="0000064" Logo="" LogoPolniUrl="https://repozitorij.uni-lj.si/teme/rulDev/img/logo/">Fakulteta za matematiko in fiziko </Organizacija>
  </Organizacije>
  <OrganizacijeVira>
  </OrganizacijeVira>
  <MetodeZbiranjaPodatkov>
  </MetodeZbiranjaPodatkov>
  <TipologijaDela ID="2.08" Koda="2.08" Naziv="Doktorska disertacija" SchemaOrg="Thesis"></TipologijaDela>
  <Ostalo>
    <StIrodsDatotek>0</StIrodsDatotek>
    <StDatotekPodTrajnimEmbargom>0</StDatotekPodTrajnimEmbargom>
    <StDatotekZOmejenimDostopom>0</StDatotekZOmejenimDostopom>
  </Ostalo>
</Gradivo>
