Storskalig modellering med hög upplösning

Storskaliga beräkningsmodeller har satts upp för olika regioner av olika orsaker och syftet är att förstå vilka bakomliggande faktorer som styr vattentillgång och flödesdynamik i en föränderlig värld. Detta är ett forskningsområde som vi fokuserar på just nu.

HYPEintheWorld2014
Figur 1. Vi har satt upp storskaliga modeller av HYPE för flera regioner runt om i världen.
Förstora Bild

Forskningsfokus

Syftet är att förstå vilka bakomliggande faktorer som styr vattentillgång och flödesdynamik i en föränderlig värld. Vi kombinerar olika typer av rumsliga data och mätningar (t.ex. databaser med fysiografi, meteorologiska raster, enstaka provtagningar, övervakningsprogram, satellit, radar, etc.) med numerisk modellering av vattenflöden, och allmänna antaganden för att beskriva stora geografiska områden med hög upplösning. Några exempel på vetenskapliga frågor:

  • Vilka är effekterna av förändringar i samhället och miljön på vattenresurserna? Vi studerar komplexa relationer och interaktioner mellan människa och miljö. Kortsiktiga prognoser kan göras baserat på modeller i kombination med de senaste observationerna, medan långsiktiga prognoser görs med hjälp av beräknade förändringar i scenario modellering (tex. förbättringsåtgärder, klimatförändringar, markförändringar, reglering).
  • Hur kan nya data bidra till att förbättra processförståelse och modellens noggrannhet? Öppna data och globala databaser utvecklas för närvarande snabbt, med ny teknik för jordenobservationer, medborgar-observatorier och offentliga dataportaler. Nya data kan användas för att hitta nya relationer mellan fysiografi och vattenflöden, begränsa osäkerheter i parametervärden och utvärdera olika modell antaganden.
  • Hur förhåller sig hydrologiska drivkrafter från en region till en annan? Orsakerna till likheter och skillnader i vattendrags dynamik analyseras genom att jämföra resultat från olika avrinningsområden och deras karaktär. Olika hypoteser om bakomliggande orsaker kan enkelt utforskas i en modell med hög upplösning, som täcker stora mängder data från många floder.

Samhällsnyttan av modellresultaten

Storskaliga beräkningsmodeller har satts upp för olika regioner av olika orsaker, såsom:

  • Utredning av klimateffekter på vattenresurser och ändrad dynamik i ändrat klimat.
  • EUs Vattendirektiv för karaktärisering och planering av åtgärdsprogram för bättre ekologisk status i sjöar och vattendrag.
  • Dimensionerande värden vid bebyggelse av infrastruktur.
  • Kartering av vattenresurser.
  • Prognoser (1-10 dagar och sässongsprognoser) av flöde och torka.
  • Inflöden från land till hav för oceanografisk modellering och havsprognoser.
  • Forskning.

Storskalig modellering med hög upplösning

En “storskalig modell” är en numerisk kod som beräknar masstransport av vatten och volymer över en stor geografisk region, som omfattar flera floder, många administrativa gränser, olika geografiska regioner och klimatzoner. ”Hög upplösning” innebär att varje geografisk domän är indelad i ett stort antal kopplade delavrinningsområden som beskriver lokala förhållanden även där det saknas mätningar. Normalt sker beräkningarna med dagliga tidssteg, så att modellen genererar ett medelvärde för varje dag.

Vi publicerar beräknad Öppen Data i kartform och för fri nedladdning av tidsserier från de storskaliga tillämpningarna med HYPE modellen för olika delar av världen. Beräkningssystemet versionshanteras för varje modellregion och utvecklas kontinuerligt i samarbete med olika användare. Följande HYPE modeller har satts upp hittills av SMHI:

Modell namn

Geografiskt område med avrinning till:

Area

(km2)

Upplösning

(km2)

Referens-

period

Antal

mätstationer

Vatten-kvalitet
Tabell1. HYPE modeller som satts upp av SMHI. S-HYPE och E-HYPE är operationella.
S-HYPEthe Swedish coast484 000131961-2013401Nutrients
Balt-HYPEthe Baltic Sea1.8 million3501971-2008156Nutrients
E-HYPEcoasts of continental Europe8.8 million2151981-2013181 (1007 tillgängliga)Nutrients
Arctic-HYPEthe Arctic Sea23 million7001980-20091349-
LPB-HYPELa Plata River3.1 million5001975-200068-
Niger-HYPENiger River2.1 million26191979-200956-
MENA-HYPEcoast of Middle East and North Africa20 million6491979-2009100-
India-HYPEcoasts of sub-Indian continent4.9 million8101976-200543-