Laika apstākļu matemātiskā modelēšana - metodoloģijas attīstība un pielietojumi Latvijā

Projekta nosaukums:

Laika apstākļu matemātiskā modelēšana - metodoloģijas attīstība un pielietojumi Latvijā

Projekta līguma numurs : 1.1.1.2/VIAA/2/18/261

Projekta īstenošanas termiņš: 01.02.2019 - 31.01.2022

Projekta kopējais finansējums, LU daļa: 133,805.88 EUR

Projekta mērķis:  Skaitliskie laika apstākļu modeļi ir ikvienas mūsdienu laika prognozes pamatā, un ikkatrs Latvijas iedzīvotājs, uzzinot rītdienas laika prognozi, ir izmantojis šo modeļu rezultātus, lai gan, iespējams, to neapzinoties. Pētījuma mērķis ir palielināt skaitlisko laika apstākļu modeļu veiktspēju un precizitāti. Skaitliskie laika apstākļu modeļi tiek izmantoti atjaunojamo energoresursu industrijā, pirmkārt, lai plānotu optimālās vietas vēja turbīnu uzstādīšanai, un otrkārt, vēja turbīnu ekspluatācijas laikā, lai uzzinātu cik daudz būs iespējams saražot enerģiju tuvākajās dienās.

Projekta rezultāti:

Šī pētījuma rezultātā iegūtās jaunās zināšanas palīdzēs risināt sabiedrībai nozīmīgas problēmas, kas ir saistītas skaitlisko laika apstākļu modeļu pielietojumu, kur skaitliskajos laika apstākļu modeļu rezultātos novērojamās neprecizitātes un nenoteiktības rada finansiālas vai cita veida nozīmīgas sekas.

Pētījuma ietvaros notiks 6 mēnešu vizīte Dānijas Tehniskajā Universitātē, kuras laikā tiks stiprināti pēcdoktorantes starptautiskie kontakti un gūts ieskats izcilas zinātniskās institūcijas, starptautiska nozares līdera, darbā. Tāpat projekta rezultāti ietvers vairākas zinātniskās publikācijas, piedalīšanos starptautiskās konferencēs un sabiedrības informēšanas aktivitātes.

1. pārskata periodā (01.02.2019.-30.04.2019.) paveiktais:  

Projekts tika uzsākts ar vizīti Dānijas Tehniskajā Universitātē, Vēja Enerģētikas institūtā. Vizītes laikā tika precizēti paveicamie darbi un par vienu no daudzsološākajiem zinātniskās darbības attīstības virzieniem tika atzīta Skaitlisko Laika Prognožu modeļa WRF (Weather Research and Forecast) padziļināta jutības analīze, īpaši uzsverot to procesu aprakstu, kas saistīti ar atmosfēras mijiedarbību ar Zemes virsmu.

Papildus tam uzsākta sadarbība ar DTU pētniekiem WRF rezultātu salīdzināšanai ar vēja ātruma novērojumiem no satelīta, kas sniegs iespējas pārbaudīt modeļrezultātu kvalitāti virs jūras – reģionā, kurā ir ļoti maz parasto vēja ātruma novērojumu, bet Latvijas gadījumā – vislielākais vēja enerģijas potenciāls.

Papildus tam pēcdoktorante piedalījās lielākajā Eiropas Ģeozinātnei veltītajā konferencē – EGU2019, ko šogad apmeklēja 16 tūkstoši dalībnieku, prezentējot pētījuma rezultātus, kas saistīti ar WRF jutības analīzi.

2. pārskata periodā (01.05.2019.–31.07.2019.) paveiktais:

Maijā un jūnijā pēcdoktorante viesojās Dānijas Tehniskajā universitātē Roskildē, kur sadarbībā ar Dānijas kolēģiem turpināja iesākto darbu pie WRF (Weather Research and Forecast) laika apstākļu modeļa rezultātu salīdzinājuma ar no satelīta nomērīto vēja datu analīzes, kurš vainagojās ar iesniegtu rakstu žurnālā “Wind Energy Science”.

Sadarbībā ar kolēģiem no Rīgas Tehniskās universitātes tika iesniegts raksts (kurš šobrīd jau ir akceptēts) 16. starptautiskajai Eiropas Enerģijas Tirgus konferencei, kas notiks no 18. –20. septembrim Ļubļanā, Slovēnijā. Raksts veltīts WRF pielietojumiem enerģētikas tirgus vajadzībām, kas saistīts ar norēķinu perioda izmaiņām.

Tāpat tika veikts darbs pie sadarbības ar kolēģiem no LU Ģeogrāfijas un Zemes zinātņu fakultātes, lai tie varētu pielietot modeļa datus augsnes mitruma pētniecībai.

3. pārskata periodā (01.08.2019.-31.10.2019.) paveiktais:

Pēcdoktorante prezentēja pētījuma rezultātus, kas saistīti ar Weather Research and Forecast (WRF) atmosfēras modeļa pielietojumiem vēja enerģētikā, konferencē EMS (European Meteorological Society) 2019 (https://www.ems2019.eu/). Viņa bija līdzautore arī kolēģu no ĢZZF (Ģeogrāfijas un zemes zinātņu fakultātes) referātam tajā pašā konferencē, kas veltīts augsnes mitruma īpašību analīzei.

Tiek turpināts darbs pie iesāktās WRF modeļrezultātu analīzes un interpretācijas, lai noskaidrotu sistemātiskās kļūdas cēloņus.

Pēcdoktorante 27. septembrī piedalījās Zinātnieku Naktī, LU Zinātņu mājā. Pēcdoktorante demonstrēja termokameras darbības principus, kā arī atbildēja uz apmeklētāju jautājumiem. Interesanti, ka apmeklētāji, uzzinot pēcdoktorantes darba specifiku, izvēlējās uzdot plašākus jautājumus, kas saistīti ar vidi, atmosfēru un klimatu, demonstrējot pētījuma virziena aktualitāti plašākā sabiedrībā.

4. pārskata periodā (01.11.2019.-31.01.2020.) paveiktais:

Pārskata periodā pēcdoktorante nodarbojās ar padziļinātu meteodatu analīzi, īpašu uzmanību pievēršot atmosfēras stabilitātes ietekmei uz vēja ātruma vertikālo sadalījumu (profilu), kā arī WRF (Weather Research and Forecast) modeļa spēju reprezentēt atmosfēras stabilitātes diennakts ciklu.

Lai varētu apspriest savus rezultātus, kā arī iegūt papildu informāciju, kas saistīta ar stabilitātes analīzi, kā arī novērojumu veikšanu un to īpatnībām, pēcdoktorante devās mobilitātē uz Dānijas Tehniskās universitātes Vēja enerģētikas institūtā, kurš ir labi pazīstams ar savu vēja enerģētikai veltīto novērojumu programmu.

Turpinājās progress ar iepriekš iesniegtajām publikācijām, no kurām viena nu ir publicēta un indeksēta SCOPUS datubāzē, bet otra atrodas “peer-review” procesā.

5. pārskata periodā (01.02.2020.-30.04.2020.) paveiktais:

Lai arī valstī ir iestājusies ārkārtas situācija, darbs projektā aktīvi turpinās. Saziņa ar ārzemju un kolēģiem aktīvi notiek izmantojot attālinātās iespējas. Turpinās darbs pie atmosfēras stabilitātes reprezentācijas analīzes Weather Research and Forecast (WRF) modeļa dažādās parametrizācijas shēmās, kas ir saistītas ar virsmas slāņa (surface layer) un planetārā robežslāņa (PBL) parametrizācijām.

Raksts, kas tapis projekta ietvaros, nu ir publicēts žurnālā Wind Energy Science. Raksts veltīts satelīta datu pielietojumiem vēja enerģijas potenciāla noskaidrošanā virs ūdeņiem un ir brīvi pieejams jebkuram interesentam: https://www.wind-energ-sci.net/5/375/2020/

Diemžēl, ārkārtas situācijas dēļ var gadīties, ka nebūs iespējams realizēt projektā plānoto došanos atkārtotā vizītē uz Dānijas Tehnisko universitāti šajā vasarā. 

6. pārskata periodā (01.05.2020.-31.07.2020.) paveiktais:

Pārskata periodā uzsākts darbs pie vēja virziena klimatoloģiskajiem pētījumiem Latvijas teritorijā modeļdatos, kā arī tiek apskatītas modeļu precizitātes izmaiņas klimata pārmaiņu kontekstā. Tiek turpināts darbs analizējot atmosfēras stabilitātes ietekmi uz vēja ātruma profiliem jeb vēja ātruma atšķirībām dažādos augstumos.

Pārskata periodā tika plānota piedalīšanās Amerikas Meteoroloģiskās Sabiedrības rīkotajā konferencē, kas būtu notikusi Horvātijā, taču, lai arī iesniegtās tēzes tika pieņemtas dalībai konferencē, pati konference COVID-19 izraisītās situācijas dēļ tika pārcelta uz 2021. gada vasaru.

7. pārskata periodā (01.08.2020.-31.10.2020.) paveiktais:

Pārskata periodā noslēgts darbs pie pirmās no projekta aktivitātēm, kurā analizētas WRF modeļdatu īpašības ansambļa griezumā, pētot atšķirības starp dažādiem ģeogrāfiskiem reģioniem, kā arī meteoroloģisko parādību reprezentāciju modeļdatos. Galvenās atziņas apkopotas projekta ziņojumā. Turpinās darbs pie vairāku publikāciju sagatavošanas.

Diemžēl COVID situācija spēcīgi ierobežo projekta mobilitātes ieceres, kā arī konferenču apmeklējumus. Šajā sfērā situācija ir neskaidra.

8. pārskata periodā (01.11.2020.–31.01.2021.) paveiktais:

Pārskata periodā uzsākts darbs pie otrās projekta aktivitātes. Tajā tika uzsākta sezonālo laika prognožu, tas ir, prognožu, kas tiek veiktas vairāk nekā vienu mēnesi uz priekšu, precizitātes analīze Latvijas teritorijai. Preliminārā analīze rāda, ka šādas prognozes varētu būt prasmīgas (skillful) gaisa temperatūrai vasaras mēnešos, proti, jau sākot no aprīļa ir iespējams pateikt vai vasara būs siltāka vai aukstāka kā parasti! Diemžēl citu laika apstākļu parametru, tādu kā nokrišņu daudzums, prognožu precizitāte vēl nav sasniegusi gana augstu līmeni.

Covid-19 dēļ turpinās neskaidrība mobilitātes, kā arī konferenču apmeklēšanas jautājumā.

9. pārskata periodā (01.02.2021.–30.04.2021.) paveiktais:

Pārskata periodā turpināts darbs pie sezonālo prognožu analīzes. Rezultāti apstiprināja temperatūras prognožu kvalitāti, arī veicot to salīdzinājumu pret Latvijas novērojumu staciju mērījumiem. Interesanti, ka prognožu kvalitāte tuvākajiem mēnešiem pēc prognozes izdarīšanas brīža ne vienmēr ir labāka kā vēlākajiem mēnešiem pēc prognozes izdarīšanas brīža.

30.  aprīlī attālināti notika Zinātnieku nakts. Tās dalībnieki varēja iepazīties ar projekta rezultātiem veltītu plakātu. 

Iesniegtas tēzes dalībai konferencē EMS 2021, ko organizē Eiropas Meteoroloģiskā sabiedrība. Konference katru gadu notiek citā pilsētā, taču šogad pandēmijas dēļ tā notiks attālināti.

10. pārskata periods (01.05.2021.–31.07.2021):

Apskatītajā pārskata periodā tika noslēgta aktivitāte “Skaitlisko laika apstākļu modeļu rezultātu pārbaude zinātniskajiem un industrijas pielietojumiem”. Tajā tika veikta temperatūras sezonālo prognožu verifikācija, salīdzinot prognozes ar vidējām mēnešu temperatūrām Latvijas novērojumu stacijās. Rezultāti apkopoti progresa ziņojumā.

Pārskata periodā iesniegts un akceptēts zinātniskais raksts žurnālā Tellus A, kurā pēcdoktorante kopā ar kolēģiem pētīja raksturos vēja virzienus Baltijas valstīs, izmantojot principiālo komponenšu metodi.

Pārskata periodā tika uzsākta attālināta mobilitāte Dānijas Tehniskās Universitātes Vēja enerģijas nodaļā. Tās ietvaros tiks dziļāk pētītas meteoroloģiskās parādības, kas ietekmē vēja ātrumu vēja enerģētikai svarīgos augstumos (~ 100 m virs zemes).

11. pārskata periodā (01.08.2021.–30.10.2021.) paveiktais:

Septembrī pēcdoktorante ar referātu par vēja virziena īpatnībām Baltijas valstīs piedalījās Eiropas Meteoroloģijas savienības ikgadējā konferencē, kas šogad notika attālināti. Tāpat pētniece veica virtuālo mobilitāti Dānijas Tehniskās Universitātes Vēja enerģijas nodaļā, kur pētīja atmosfēras stabilitātes ietekmi uz vēja ātruma vertikālo sadalījumu.

Tāpat sagatavots un iesniegts publicēšanai raksts par atmosfēras pieklušanu (atmospheric stilling) – ilgtermiņa vidējā vēja ātruma samazināšanos Eiropā.

12. pārskata periodā (01.11.2021.-31.01.2022.) paveiktais:

Pārskata periodā tika noslēgta meteoroloģisko procesu izpētes aktivitāte, kurā tika pētīta atmosfēras stabilitātes reprezentācija WRF (Weather Research and Forecasting) modelī. Iegūti interesanti rezultāti, kuri ir pretrunā ar iepriekš publicētajiem datiem. Tāpat pārskata periodā tika iesniegtas tēzes konferencei Torque 2022, kas notiks 2022. gada jūnijā Nīderlandē. Konferenču tēzēs tika apskatīta vēja plūsma Ziemeļjūrā, kas noved pie interesantas situācijas, kad dažādos atmosfēras slāņos ir dažāds vēja ātruma diennakts cikls. Zemākajos slāņos (~ 40 m) vējš dienas vidū ir ātrāks nekā naktī, bet augstākajos slāņos (~ 240 m) ir otrādāk. Šī parādība ir nozīmīga laika apstākļu modeļa pielietojumos enerģētikā.