Er was zonet enige vraag naar de afwijkingen van het GFS en ECMWF model. Ik zal beginnen met het ECMWF model omdat hier het minst van bekend is.
Over modellen
Allereerst een algemeen diagram over de prestaties van de diverse mondiale weermodellen.
Figuur 1: die-off van diverse modellen van de ACC (anomalie correlatie coefficient) voor Z500
Opmerking: Z500 staat voor de geopotentiale hoogte van het 500 hPa drukvlak
Het ECMWF model is duidelijk dominerend, gevolgd door het UKMO en GFS. Op enige afstand volgen dan nog NOGAPS en GEM. Uit een uitgebreidere verificatie (hier niet afgebeeld) blijkt verder dat het JMA en GME nog ietsje slechter scoren. De zwarte lijn bij 0,6 geeft de grens voor "betrouwbaar" aan.
Er bestaan een aantal misconcepties over weermodellen. Ik noem er een aantal:
Circulatiepatronen
Figuur 2: systematische Z500 fouten (afwijking dam), links voor D+3 en rechts voor D+10, over de winters (maanden DJFM) in de periode 2001-2003
Uit bovenstaand plaatje blijkt dat het model een aantal hardnekkige afwijkingen heeft als het gaat om de grootschalige circulatiepatronen. Die afwijkingen hebben in de gematige breedten op de korte termijn vooral te maken met amplitudeproblemen (diepte hoogtetroggen) en op de middellange termijn met faseproblemen (zonaal, geblokkeerd, enzovoorts). We zien bij D+1 dat het model problemen heeft met de juiste inschatting van hoogtetroggen boven de oceaan, terwijl we bij D+3 ten westen en noordwesten van Groot-Britannië een duidelijke negatieve bias in de verwachtingen voor de Z500 zien. Dit laatste betekent dat in werkelijkheid de Z500 hier hoger was dan verwachting. De conclusie is dus dat het model de rugvorming ten westen van het Europese continent op de middelbare termijn vaak onderschat (m.a.w. het model is te zonaal, gemiddeld gezien 2-5% te weinig 'geblokkeerde dagen', zie figuur 3). Of dit ermee te maken heeft dat het model wellicht naar een klimatologisch evenwicht groeit of dat hier andere oorzaken voor zijn is onduidelijk.
Figuur 3: frequentie van geblokkeerde dagen uitgezet naar breedtegraad
Bewolking
Een aantal structurele afwijkingen bestaan, die veel invloed hebben op de temperatuurverwachting:
Tropische cyclonen
Het ECMWF heeft doorgaans veel problemen met tropische cyclonen in het Atlantisch gebied. De "track-error" (fout in het pad) voor D+1 bedraagt ~200 kilometer, de UKMO verwachting ~125 kilometer en de officiële verwachtingen van het National Hurricane Center ~95 kilometer (stand 2004). Verder blijkt dat het model grote problemen heeft in de overgang van tropisch naar extra-tropisch wat een grote mate van onzekerheid in de verwachting introduceert. Hoewel andere modellen hier vanzelfsprekend ook last van hebben, heeft o.a. het Amerikaanse GFS hier beduidend minder last van omdat men in dit model meer energie gestoken heeft in het accuraat verwachten van tropische cyclonen. Uiteraard heeft dit ook te maken met de jaarlijkse impact van orkanen voor de V.S. i.t.t. de niet-bestaande impact in Europa. Het Ensemble Prediction System (EPS) van het ECMWF vertoont overigens een beduidend betere 'skill' in track-error voor tropische cyclonen, maar daarentegen laat de verwachting voor de kracht van de systemen weer te wensen over (zelfs als men kijkt maar de kansverwachtingen).
Bronnen:
- ECMWF newsletter 94, 100
- Meteorologica, div. nummers
Over modellen
Allereerst een algemeen diagram over de prestaties van de diverse mondiale weermodellen.
Figuur 1: die-off van diverse modellen van de ACC (anomalie correlatie coefficient) voor Z500
Opmerking: Z500 staat voor de geopotentiale hoogte van het 500 hPa drukvlak
Het ECMWF model is duidelijk dominerend, gevolgd door het UKMO en GFS. Op enige afstand volgen dan nog NOGAPS en GEM. Uit een uitgebreidere verificatie (hier niet afgebeeld) blijkt verder dat het JMA en GME nog ietsje slechter scoren. De zwarte lijn bij 0,6 geeft de grens voor "betrouwbaar" aan.
Er bestaan een aantal misconcepties over weermodellen. Ik noem er een aantal:
- De laatste verwachting is altijd de beste: zeg nooit nooit, maar zeg eveneens nooit altijd. Uit recente verificatie van het ECMWF blijkt dat de kwaliteit van de verwachtingen voor dag vijf en zes 20-25% achterblijft bij de prognose van een dag eerder.
- Hoe hoger de resolutie, des te beter het model: dit gaat maar ten dele op. Natuurlijk zal een hogere resolutie beter synoptische patronen van een kleiner formaat kunnen beschrijven, maar het introduceert ook de potentie voor grotere fouten. Hoe gedetailleerder je gaat werken, des te groter de kans wordt dat een kleine fout groot zal doorwerken.
- Consistente verwachtingen zijn beter dan inconsistente verwachtingen: aan de ene kant kan het frustrerend zijn dat een model springerig is tussen de diverse modelruns, aan de andere kant dien je je te beseffen dat dit vaak het resultaat is van de onzekerheid in de verwachting. Zeker als er zich ontwikkelingen voordoen in een gebied waar bijvoorbeeld een gering aantal waarnemingen gedaan wordt (boven de oceaan vooral) kan de springerigheid van een model groot zijn. Zie dit echter als een voordeel, geen nadeel!
Circulatiepatronen
Figuur 2: systematische Z500 fouten (afwijking dam), links voor D+3 en rechts voor D+10, over de winters (maanden DJFM) in de periode 2001-2003
Uit bovenstaand plaatje blijkt dat het model een aantal hardnekkige afwijkingen heeft als het gaat om de grootschalige circulatiepatronen. Die afwijkingen hebben in de gematige breedten op de korte termijn vooral te maken met amplitudeproblemen (diepte hoogtetroggen) en op de middellange termijn met faseproblemen (zonaal, geblokkeerd, enzovoorts). We zien bij D+1 dat het model problemen heeft met de juiste inschatting van hoogtetroggen boven de oceaan, terwijl we bij D+3 ten westen en noordwesten van Groot-Britannië een duidelijke negatieve bias in de verwachtingen voor de Z500 zien. Dit laatste betekent dat in werkelijkheid de Z500 hier hoger was dan verwachting. De conclusie is dus dat het model de rugvorming ten westen van het Europese continent op de middelbare termijn vaak onderschat (m.a.w. het model is te zonaal, gemiddeld gezien 2-5% te weinig 'geblokkeerde dagen', zie figuur 3). Of dit ermee te maken heeft dat het model wellicht naar een klimatologisch evenwicht groeit of dat hier andere oorzaken voor zijn is onduidelijk.
Figuur 3: frequentie van geblokkeerde dagen uitgezet naar breedtegraad
Bewolking
Een aantal structurele afwijkingen bestaan, die veel invloed hebben op de temperatuurverwachting:
- De bewolkingsgraad wordt onderschat op de gematigde breedten en in gebieden van subsidentie
- De bewolkingsgraad is te laag in Europa gedurende de zomermaanden
- De bewolking bevat te weinig ijs, vooral in de gematige breedten (dit is van invloed o.a. op neerslag, ijswolken produceren vaak meer neerslag)
- De bewolking bevat teveel water, vooral in de subtropen
- De bewolkingsgraad is te laag in gebieden met stratocumulus (vaak resulterend in een te hoge temperatuur)
- Er is teveel hoge bewolking bij tropische diepe convectie (bij orkanen)
Tropische cyclonen
Het ECMWF heeft doorgaans veel problemen met tropische cyclonen in het Atlantisch gebied. De "track-error" (fout in het pad) voor D+1 bedraagt ~200 kilometer, de UKMO verwachting ~125 kilometer en de officiële verwachtingen van het National Hurricane Center ~95 kilometer (stand 2004). Verder blijkt dat het model grote problemen heeft in de overgang van tropisch naar extra-tropisch wat een grote mate van onzekerheid in de verwachting introduceert. Hoewel andere modellen hier vanzelfsprekend ook last van hebben, heeft o.a. het Amerikaanse GFS hier beduidend minder last van omdat men in dit model meer energie gestoken heeft in het accuraat verwachten van tropische cyclonen. Uiteraard heeft dit ook te maken met de jaarlijkse impact van orkanen voor de V.S. i.t.t. de niet-bestaande impact in Europa. Het Ensemble Prediction System (EPS) van het ECMWF vertoont overigens een beduidend betere 'skill' in track-error voor tropische cyclonen, maar daarentegen laat de verwachting voor de kracht van de systemen weer te wensen over (zelfs als men kijkt maar de kansverwachtingen).
Bronnen:
- ECMWF newsletter 94, 100
- Meteorologica, div. nummers