TP3: Häiriökaiuton ja optimoitu polarimetrinen sadannan mittaus

Tavoite

Saada kaksoispolarisaatiomittauksiin perustuvat sadanta-arviot hyviksi rankkasateissa ja myös häiriövaikutusten alueella, erityisesti lähellä tutkaa sijaitsevissa kaupungeissa.

Alityöpaketit

  • TP 3.1 Sadantatuotteiden häiriöttömin pistekohtainen mittausotanta. Etenkin lähellä tutkaa pysyvä jäännösmaakaiku synnyttää joissakin mittauskohdissa jatkuvaa sateen voimakkuuden yliarviota. Tarkastelemalla pitkähköä, havaintohetkeä edeltävää mittaussarjaa, voidaan luoda polarimetrisesti luokiteltu kolmiulotteinen kartta kumulatiivisesta jäännösmaakaiusta, jota voidaan käyttää laatukenttänä sekä tosiaikaisena ja adaptiivisena  valintaperusteena, kun muodostetaan geometrialtaan paras maanpintasadetta vastaava otos 3-ulotteisesta tutkamittauskakusta; sille olemme alustavan aivoriihen perusteella antaneet nimen ?sombrero? yksinkertaisten tavanomaisten tutkamittauksen tasopintaesitysten PPI ja CAPPI sijaan.

    • Vetäjä: Seppo Pulkkinen (FMI)

  • TP 3.2 Jäännösmaakaikujen pistekohtainen poisto ja sadannan estimointi niiden kohdalle. Kaupunkialueet, mastot ja tuulivoimalat synnyttävät niin voimakkaita sirontakohteita etenkin tutkien lähelle, etteivät ne kokonaan häviä signaaliprosessorin Doppler-suodatuksessa. Älykäs tunnistusalgoritmi hyödyntää valmiin hetkellisen HydroClass-luokittelutuotteen (Chandrasekar et al. 2011) 3-ulotteisen tekstuurin sekä optimaalisen otannan (TP 3.1), minkä perusteella päätetään havainnon poistamisesta ja sen korvaamisesta tai korjaamisesta ympäröivien parempien havaintojen interpolaation avulla.

    • Vetäjät: Terhi Mäkinen (FMI) ja Seppo Pulkkinen (FMI)

  • TP 3.3 Raekorjaus. Ukkosluonteisissa rankkasateissa, jotka ovat hulevesien kannalta pahimpia tapauksia, tunnistetaan usein myös raesadetta kaksoispolarisaation avulla. Vaikka tunnistus on melko helppoa, ei toistaiseksi ole kehitetty algoritmia, joka korjaa älykkäästi rakeiden aiheuttaman, usein hyvin suuren sateen intensiteettimittauksen yliarvion. Tässä kyseinen algoritmi kehitetään hyödyntäen kolmiulotteista polarimetrista luokkatekstuuria.

    • Vetäjät: Jani Tyynelä (FMI) ja Annakaisa von Lerber (FMI)

  • TP 3.4 Paras suomalainen sateen intensiteettiarvo kaksoispolarisaatiomittauksista. Tieteellisessä tutkimuksessa on luotu joukko empiirisiä tai teoreettisia konversiofunktioita, joilla tutkan mittaussuureista saadaan sateen intensiteetti (Leinonen et al. 2012). Tiedetään, että kaksoispolarisaatioalgoritmit (ns. KDP-arvio) toimii periaatteessa hyvin rankkasateissa, eikä vaimeneminen sitä häiritse ollenkaan, niin kauan kuin signaali on tallella. Toisaalta perinteinen ei-polarimetrinen konversio on ihan hyvä heikoissa sateissa. Tässä työpaketissa luodaan tunnetuista konversiokaavoista yhdistetty Suomen olosuhteisiin optimoitu konversioalgoritmi, joka antaa tilastollisesti parhaan sadantaestimaatin sekä heikoissa että kaikkein rankimmissakin sateissa. Optimointi ja kaikkien TP 3:n algoritmien validointi tehdään käyttäen referenssinä suurta tunnin sademittarihavaintoaineistoa ja EfeSus-projektissa luotua tutka-sademittarivertailuohjelmistoa (joka perustuu spatiotemporaaliseen kriging-laskentaan) (Ciach 2003, Gregow et al. 2013, Pulkkinen et al.2014).

    • Vetäjät: Seppo Pulkkinen (FMI), Jani Tyynelä (FMI) ja Annakaisa von Lerber (FMI)

Tuotokset

  • Testattu ja dokumentoitu algoritmi vähiten häiriöisten mittausalkioiden tosiaikaisesti adaptiiviseksi poimimiseksi sadantatuotteita varten. Mahdollisesti myös tieteellinen julkaisu.
  • Testattu ja dokumentoitu algoritmi jäännösmaakaikujen korvaamiseksi tai korjaamiseksi polarimetrisen tekstuurin avulla. Mahdollisesti myös tieteellinen julkaisu.
  • Testattu ja dokumentoitu algoritmi, joka korjaa rakeiden aiheuttaman yliarvion sademittauksista. Mahdollisesti myös tieteellinen julkaisu.
  • Testattu ja dokumentoitu algoritmi, joka tuottaa tilastollisesti parhaan sadannan mittauksen vesisateessa Suomen olosuhteissa käyttäen sekä kaksoispolarisaatio- että muita suureita. Mahdollisesti myös tieteellinen julkaisu.
  • Algoritmien 1-4 käytöllä tuotetut sadantakentät pilottitestejä varten ja niiden validointi sekä vertailu sadantoihin ilman ko. algoritmien käyttöä. Mahdollisesti myös tieteellinen algoritmi.