scholarly journals Statistical evaluation of MPA-RT high-resolution precipitation estimates from satellite platforms over the central and eastern Mediterranean

2004 ◽  
Vol 31 (6) ◽  
pp. n/a-n/a ◽  
Author(s):  
D. Katsanos ◽  
K. Lagouvardos ◽  
V. Kotroni ◽  
G. J. Huffmann
Keyword(s):  
High Resolution ◽  
Statistical Evaluation ◽  
Eastern Mediterranean ◽  
Precipitation Estimates

scholarly journals A Downscaling–Merging Scheme for Improving Daily Spatial Precipitation Estimates Based on Random Forest and Cokriging

2021 ◽  
Vol 13 (11) ◽  
pp. 2040
Author(s):  
Xin Yan ◽  
Hua Chen ◽  
Bingru Tian ◽  
Sheng Sheng ◽  
Jinxing Wang ◽  
...  
Keyword(s):  
High Resolution ◽  
Random Forest ◽  
Spatial Resolution ◽  
Daily Precipitation ◽  
Machine Learning Algorithms ◽  
Precipitation Data ◽  
Large Area ◽  
Tree Model ◽  
Daily Precipitation Data ◽  
Precipitation Estimates

High-spatial-resolution precipitation data are of great significance in many applications, such as ecology, hydrology, and meteorology. Acquiring high-precision and high-resolution precipitation data in a large area is still a great challenge. In this study, a downscaling–merging scheme based on random forest and cokriging is presented to solve this problem. First, the enhanced decision tree model, which is based on random forest from machine learning algorithms, is used to reduce the spatial resolution of satellite daily precipitation data to 0.01°. The downscaled satellite-based daily precipitation is then merged with gauge observations using the cokriging method. The scheme is applied to downscale the Global Precipitation Measurement Mission (GPM) daily precipitation product over the upstream part of the Hanjiang Basin. The experimental results indicate that (1) the downscaling model based on random forest can correctly spatially downscale the GPM daily precipitation data, which retains the accuracy of the original GPM data and greatly improves their spatial details; (2) the GPM precipitation data can be downscaled on the seasonal scale; and (3) the merging method based on cokriging greatly improves the accuracy of the downscaled GPM daily precipitation data. This study provides an efficient scheme for generating high-resolution and high-quality daily precipitation data in a large area.

The high-resolution COASTAL CRETE ocean forecasting system 

2021 ◽  
Author(s):  
Katerina Spanoudaki ◽  
George Zodiatis ◽  
Nikos Kampanis ◽  
Maria Luisa Quarta ◽  
Marco Folegani ◽  
...  
Keyword(s):  
High Resolution ◽  
Oil Spill ◽  
Hydrodynamic Model ◽  
Coastal Area ◽  
Eastern Mediterranean ◽  
End Users ◽  
Marine Conservation ◽  
Tourism Industry ◽  
Maritime Safety ◽  
Forecasting System

<p>The coastal area of Crete is an area of increasing interest due to the recent hydrocarbon exploration and exploitation activities in the Eastern Mediterranean Sea and the increase of the maritime transport after the enlargement of the Suez Canal. National and local authorities, like ports and the coast guard, who are involved in maritime safety, such as oil spill prevention, the tourism industry and policy makers involved in coastal zone management, are key end users’ groups who can benefit from high spatial and temporal resolution forecasting products and information to support their maritime activities in the coastal sea area of the island. To support local end users and response agencies to strengthen their capacities in maritime safety and marine conservation, a high-resolution, operational forecasting system, has been developed for the coastal area of Crete. The COASTAL CRETE forecasting system implements advanced numerical hydrodynamic and sea state models, nested in CMEMS Med MFC products and produces, on a daily basis, 5-day hourly and 6-hourly averaged high-resolution forecasts of important marine parameters, such as sea currents, temperature, salinity and waves. The COASTAL CRETE high-resolution (~ 1km) hydrodynamic model is based on a modified POM parallel code implemented by CYCOFOS in the Eastern Mediterranean and the Levantine Basin, while for wave forecasts, the latest ECMWF CY46R1 parallel version including a number of new features, a state-of-the-art wave analysis and prediction model, with high accuracy in both shallow and deep waters has been implemented with a resolution of ~1.8 km. The COASTAL CRETE hydrodynamic model has been evaluated against the CMEMS Med MFC model and with satellite Sea Surface Temperature data with good statistical estimates. The COASTAL CRETE wave model is calibrated with in-situ data provided from the HCMR buoy network operating in the area. Both the CMEMS Med MFC products and COASTAL CRETE forecasts are made available through a customized instance of ADAM (Advanced geospatial Data Management platform) developed by MEEO S.r.l. (https://explorer-coastal-crete.adamplatform.eu/). This application provides automatic data exchange management capabilities between the CMEMS Med MFC and the COASTAL CRETE models, enabling data visualization, combination, processing and download through the implementation of the Digital Earth concept. Among the numerous functionalities of the platform, a depth slider allows to explore the COASTAL CRETE products through the depth dimension, and a sea current magnitude feature enables the visualization of the currents vectors by overlaying them to any available product/parameter, thus allowing comparisons and correlations. The downscaled high-resolution COASTAL CRETE forecasts will be used to deliver on demand information and services in the broader objectives of the maritime safety, particularly for oil spill and floating objects/marine litters predictions. Such a use case is presented for the port area of Heraklion, implementing nested fine grid hydrodynamic and oil spill models (MEDSLIK-II).</p><p>Acknowledgement: Copernicus Marine Environment Monitoring Service (CMEMS) DEMONSTRATION COASTAL-MED SEA. COASTAL-CRETE, Contract: 110-DEM5-L3.</p>

scholarly journals Improving satellite precipitation estimates over complex terrain through the use of high-resolution numerical weather predictions

2018 ◽  
Author(s):  
Νικόλαος Μπαρτσώτας
Keyword(s):  
High Resolution ◽  
Complex Terrain ◽  
Satellite Precipitation ◽  
Numerical Weather ◽  
Precipitation Estimates

Ο υετός αποτελεί θεμελιώδη παράμετρο για ένα ευρύτατο φάσμα ανθρώπινων δραστηριοτήτων. Τόσο η έλλειψη όσο και οι υπερβολικές του ποσότητες προκαλούν σημαντικές συνέπειες και απειλούν ανθρώπινες ζωές και υποδομές. Η αβεβαιότητα που εξακολουθεί να υπάρχει στην πρόγνωση και επισκόπησή του, έχει σημαντικότατες προεκτάσεις στην γεωργία, τις μεταφορές, την αξιοποίηση υδάτινων πόρων καθώς και την παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές. Σε ακραίες εκδοχές φαινομένων υετού, όπως οι πολύ ισχυρές καταιγίδες που συνοδεύονται από ηλεκτρικά φαινόμενα, η αβεβαιότητα αυτή καθίσταται ισχυρότερη. Αυτού του είδους οι καταιγίδες αναπτύσσονται σε πολύ μικρές χωρικές και χρονικές κλίμακες, χαρακτηριστικό το οποίο ανάγει την πρόγνωσή τους σε ιδιαίτερα απαιτητική διαδικασία.Η απαραίτητη πληροφορία είναι επί του παρόντος αδύνατον να προκύψει από μία και μόνο πηγή μέτρησης ή έμμεσης εκτίμησης του υετού, καθώς έκαστη συνοδεύεται από συγκεκριμένους περιορισμούς. Καθίστανται έτσι επιτακτική η ανάγκη προς μια συνδυαστική προσέγγιση. Η συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή συνεισφέρει στη δημιουργία καλύτερων εκτιμήσεων υετού πάνω από περιοχές έντονου αναγλύφου, συνδυάζοντας αποτελεσματικά τα επιμέρους θετικά των διαθέσιμων πηγών πληροφορίας. Μετρήσεις από όργανα τηλεπισκόπησης (μετεωρολογικά ραντάρ και δορυφόροι), παρατηρήσεις από δίκτυα βροχομέτρων και ένα πλήθος αριθμητικών μοντέλων πρόγνωσης (ατμοσφαιρικό, υδρολογικό, μοντέλο διάχυσης σωματιδίων) επιστρατεύονται προς αυτό το σκοπό.Μια νέα τεχνική προσαρμογής δορυφορικών μετρήσεων αναπτύχθηκε στα πλαίσια αυτής της διατριβής. Σε αυτή, τα δορυφορικά δεδομένα αξιοποιούνται ως προς την εκτίμηση της χωροχρονικής εξέλιξης των καταιγίδων, ενώ σε ότι αφορά την ποσότητα του υετού, οι εκτιμήσεις προσαρμόζονται στις αντίστοιχες του αριθμητικών μοντέλων πρόγνωσης. Κατ’ αυτόν τον τρόπο, η αξιόπιστη χωροχρονική επισκόπηση από τους δορυφόρους διατηρείται ενώ οι συχνά εσφαλμένες ποσότητες υετού των δορυφορικών οργάνων πάνω από ορεινές περιοχές διορθώνονται με τη χρήση των ατμοσφαιρικών προσομοιώσεων. Η διόρθωση των δορυφορικών δεδομένων λαμβάνει χώρα μέσω μιας μεθόδου πυκνότητας πιθανότητας. Η αξιολόγηση των πρωτογενών δορυφορικών δεδομένων, των αριθμητικών προσομοιώσεων και των τελικών υβριδικών προϊόντων γίνεται έναντι σε πυκνά δίκτυα βροχομέτρων και πεδία από διαθέσιμα μετεωρολογικά ραντάρ. Λαμβάνει δε χώρα σε τρεις ορεινές περιοχές με διαφορετικά χαρακτηριστικά: δύο μέσων γεωγραφικών πλατών (Άλπεις και Βραχώδη Όρη) και μια υποτροπική (Αιθιοπία).Οι προσομοιώσεις των αριθμητικών μοντέλων υποδεικνύουν τη φύση των περιορισμών στην ανίχνευση του υετού από τα δορυφορικά όργανα. Μια μικροφυσική διερεύνηση λαμβάνει χώρα και οι ομοιότητες που παρουσιάζουν οι εν λόγω καταιγίδες στις περιπτώσεις όπου η δορυφορική ανίχνευση εμφανίζει μεγάλες αποκλίσεις από τις παρατηρήσεις σχολιάζονται διεξοδικά. Παράλληλα, παρουσιάζεται μια εκτίμηση του οφέλους που μπορεί να προκύψει στο άμεσο μέλλον από την υιοθέτηση πολύ λεπτομερών χωρικών αναλύσεων στα αριθμητικά μοντέλα πρόγνωσης. Αποτελέσματα από προσομοιώσεις σε χωρικές κλίμακες μικρότερες του 1 χιλιομέτρου (σ.σ.: έως και 250 μέτρα) συγκρίνονται με αντίστοιχα από κλίμακες που αποτελούν τον τρέχοντα κανόνα στις μετεωρολογικές υπηρεσίες (1 και 4 χιλιόμετρα). Οι επιπτώσεις που προκαλούν αυτές οι διαφορές στην εκτίμηση του υετού από το ατμοσφαιρικό μοντέλο στην υδρολογία και συγκεκριμένα στην απορροή των υδάτων εξετάζονται μέσω αντίστοιχων προσομοιώσεων με υδρολογικό μοντέλο.Για τις ανάγκες της διατριβής χρησιμοποιήθηκαν ένα εξελιγμένο ατμοσφαιρικό αριθμητικό μοντέλο (RAMS/ICLAMS), ένα υδρολογικό μοντέλο (CREST) καθώς κι ένα λανγκρανζιανό μοντέλο διασποράς-διάχυσης (HYPACT). Το πρώτο καθόρισε την υετίσιμη ποσότητα σε κάθε καταιγίδα και παρείχε την πληροφορία για περαιτέρω ανάλυση σε επίπεδο μικροφυσικής νεφών, το δεύτερο εκτίμησε τις απορροές που προέκυψαν από τις ατμοσφαιρικές προσομοιώσεις και το τρίτο χρησίμευσε στον καθορισμό της προέλευσης των υγρών αερίων μαζών πάνω από περιοχές όπου η βιβλιογραφία δεν ήταν ιδιαίτερα εκτεταμένη. Δυο δορυφορικά προϊόντα, που βασίζονται σε διαφορετικές τεχνικές ανίχνευσης και συγκεκριμένα από αισθητήρες υπέρυθρου (IR) και μικροκυμάτων (PMW) χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να υποδείξουν τους περιορισμούς που χαρακτηρίζουν την κάθε μέθοδο ανίχνευσης πάνω από περιοχές έντονου αναγλύφου. Αμφότερα είναι προϊόντα υψηλής χωρικής ανάλυσης (4 και 8 χιλιόμετρα αντίστοιχα).Τα αποτελέσματα εμφανίζουν οφέλη από τις λεπτομερείς χωρικές κλίμακες των προσομοιώσεων, τόσο στις ποσότητες του υετού, στη λεπτομερέστερη χωρική του κατανομή, όσο και την ακριβέστερη εκτίμηση της απορροής στη συνέχεια. Οι δορυφορικές μετρήσεις εμφανίζουν μια ξεκάθαρη τάση υποεκτίμησης του υετού πάνω από περιοχές έντονου αναγλύφου. Τα διορθωμένα δορυφορικά προϊόντα που προέκυψαν από την προτεινόμενη μέθοδο, υπερτερούν έναντι των πρωτογενών στη στατιστική ανάλυση και στις δύο περιοχές εφαρμογής. Σε επίπεδο μικροφυσικών ομοιοτήτων μεταξύ των περιπτώσεων ανεπαρκούς ανίχνευσης από τα δορυφορικά όργανα, παρατηρήθηκαν μικρές συγκεντρώσεις σωματιδίων πάγου και νεφικοί σχηματισμοί με περιορισμένη κατακόρυφη ανάπτυξη. Η διόρθωση των δορυφορικών παρατηρήσεων μέσω των αριθμητικών προσομοιώσεων εμφανίζεται ως μια αξιόπιστη εναλλακτική σε περιοχές όπου οι παρατηρήσεις δεν είναι επαρκείς προς εξυπηρέτηση αυτού του σκοπού.Η συνεισφορά της παρούσης διατριβής έγκειται αφενός στην προετοιμασία του εδάφους για μελλοντικά υβριδικά προϊόντα υετού, αφετέρου στην ανίχνευση των μικροφυσικών ομοιοτήτων που εμφανίζουν οι καταιγίδες οι οποίες δεν ανιχνεύονται ικανοποιητικά από τα δορυφορικά όργανα. Το τελευταίο μπορεί να καθορίσει σημαντικά την ανάπτυξη των σύγχρονων αλγορίθμων ανίχνευσης από τους παθητικούς αισθητήρες μικροκυμάτων. Τέλος, η εφαρμογή της προτεινόμενης μεθοδολογίας σε ψευδο-επιχειρησιακή βάση κατά τη διάρκεια ενός ιστορικού πλυμμηρικού φαινομένου, παρέχει μια εκτίμηση της επιχειρησιακής εφαρμοσιμότητας και του συγκριτικού οφέλους που μπορεί να προκύψει από την υιοθέτηση της συγκεκριμένης μεθόδου σε συστήματα έγκαιρης πρόγνωσης και πρόληψης πλημμυρών.

scholarly journals Retrospective Dynamic Inundation Mapping of Hurricane Harvey Flooding in the Houston Metropolitan Area Using High-Resolution Modeling and High-Performance Computing

Water ◽  
2019 ◽  
Vol 11 (3) ◽  
pp. 597 ◽  
Author(s):  
Seong Noh ◽  
Jun-Hak Lee ◽  
Seungsoo Lee ◽  
Dong-Jun Seo
Keyword(s):  
High Resolution ◽  
Metropolitan Area ◽  
High Performance ◽  
Extreme Rainfall ◽  
Extreme Weather Events ◽  
Urban Flood ◽  
Precipitation Estimates ◽  
Inundation Extent ◽  
Quantitative Precipitation Estimates ◽  
Houston Metropolitan Area

Hurricane Harvey was one of the most extreme weather events to occur in Texas, USA; there was a huge amount of urban flooding in the city of Houston and the adjoining coastal areas. In this study, we reanalyze the spatiotemporal evolution of inundation during Hurricane Harvey using high-resolution two-dimensional urban flood modeling. This study’s domain includes the bayou basins in and around the Houston metropolitan area. The flood model uses the dynamic wave method and terrain data of 10-m resolution. It is forced by radar-based quantitative precipitation estimates. To evaluate the simulated inundation, on-site photos and water level observations were used. The inundation extent and severity are estimated by combining the retrieved water depths, images collected from the impacted area, and high-resolution terrain data. The simulated maximum inundation extent, which is frequently found outside of the designated flood zones, points out the importance of capturing multi-scale hydrodynamics in the built environment under extreme rainfall for effective flood risk and emergency management.

scholarly journals Validation of the First Years of GPM Operation over Cyprus

2018 ◽  
Vol 10 (10) ◽  
pp. 1520 ◽  
Author(s):  
Adrianos Retalis ◽  
Dimitris Katsanos ◽  
Filippos Tymvios ◽  
Silas Michaelides
Keyword(s):  
High Resolution ◽  
Prediction Models ◽  
Weather Prediction ◽  
Monthly Basis ◽  
Rain Gauges ◽  
Precipitation Measurement ◽  
Precipitation Estimates ◽  
First Results ◽  
Global Precipitation Measurement ◽  
Global Precipitation

Global Precipitation Measurement (GPM) high-resolution product is validated against rain gauges over the island of Cyprus for a three-year period, starting from April 2014. The precipitation estimates are available in both high temporal (half hourly) and spatial (10 km) resolution and combine data from all passive microwave instruments in the GPM constellation. The comparison performed is twofold: first the GPM data are compared with the precipitation measurements on a monthly basis and then the comparison focuses on extreme events, recorded throughout the first 3 years of GPM’s operation. The validation is based on ground data from a dense and reliable network of rain gauges, also available in high temporal (hourly) resolution. The first results show very good correlation regarding monthly values; however, the correspondence of GPM in extreme precipitation varies from “no correlation” to “high correlation”, depending on case. This study aims to verify the GPM rain estimates, since such a high-resolution dataset has numerous applications, including the assimilation in numerical weather prediction models and the study of flash floods with hydrological models.

scholarly journals On the Uncertainty of High-Resolution Hourly Quantitative Precipitation Estimates in California

2020 ◽  
Vol 21 (5) ◽  
pp. 865-879
Author(s):  
Janice L. Bytheway ◽  
Mimi Hughes ◽  
Kelly Mahoney ◽  
Rob Cifelli
Keyword(s):  
High Resolution ◽  
Complex Terrain ◽  
Heavy Rain ◽  
Reference Dataset ◽  
Wet Season ◽  
Large Variability ◽  
Operational Forecast ◽  
Bay Area ◽  
Precipitation Estimates ◽  
Quantitative Precipitation Estimates

AbstractThe Bay Area of California and surrounding region receives much of its annual precipitation during the October–March wet season, when atmospheric river events bring periods of heavy rain that challenge water managers and may exceed the capacity of storm sewer systems. The complex terrain of this region further complicates the situation, with terrain interactions that are not currently captured in most operational forecast models and inadequate precipitation measurements to capture the large variability throughout the area. To improve monitoring and prediction of these events at spatial and temporal resolutions of interest to area water managers, the Bay Area Advanced Quantitative Precipitation Information project was developed. To quantify improvements in forecast precipitation, model validation studies require a reference dataset to compare against. In this paper we examine 10 gridded, high-resolution (≤10 km, hourly) precipitation estimates to assess the uncertainty of high-resolution quantitative precipitation estimates (QPE) in areas of complex terrain. The products were linearly interpolated to 3-km grid spacing, which is the resolution of the operational forecast model to be validated. Substantial differences exist between the various products at accumulation periods ranging from hourly to annual, with standard deviations among the products exceeding 100% of the mean. While the products seem to agree fairly well on the timing of precipitation, intensity estimates differ, sometimes by an order of magnitude. The results highlight both the need for additional observations and the need to account for uncertainty in the reference dataset when validating forecasts in this area.

Evolving Multisensor Precipitation Estimation Methods: Their Impacts on Flow Prediction Using a Distributed Hydrologic Model

2011 ◽  
Vol 12 (6) ◽  
pp. 1414-1431 ◽  
Author(s):  
David Kitzmiller ◽  
Suzanne Van Cooten ◽  
Feng Ding ◽  
Kenneth Howard ◽  
Carrie Langston ◽  
...  
Keyword(s):  
High Resolution ◽  
Positive Impact ◽  
Radar Data ◽  
Rain Gauge ◽  
Hydrologic Model ◽  
Estimation Methods ◽  
Freezing Level ◽  
Distributed Hydrologic Model ◽  
Precipitation Estimation ◽  
Precipitation Estimates

Abstract This study investigates evolving methodologies for radar and merged gauge–radar quantitative precipitation estimation (QPE) to determine their influence on the flow predictions of a distributed hydrologic model. These methods include the National Mosaic and QPE algorithm package (NMQ), under development at the National Severe Storms Laboratory (NSSL), and the Multisensor Precipitation Estimator (MPE) and High-Resolution Precipitation Estimator (HPE) suites currently operational at National Weather Service (NWS) field offices. The goal of the study is to determine which combination of algorithm features offers the greatest benefit toward operational hydrologic forecasting. These features include automated radar quality control, automated Z–R selection, brightband identification, bias correction, multiple radar data compositing, and gauge–radar merging, which all differ between NMQ and MPE–HPE. To examine the spatial and temporal characteristics of the precipitation fields produced by each of the QPE methodologies, high-resolution (4 km and hourly) gridded precipitation estimates were derived by each algorithm suite for three major precipitation events between 2003 and 2006 over subcatchments within the Tar–Pamlico River basin of North Carolina. The results indicate that the NMQ radar-only algorithm suite consistently yielded closer agreement with reference rain gauge reports than the corresponding HPE radar-only estimates did. Similarly, the NMQ radar-only QPE input generally yielded hydrologic simulations that were closer to observations at multiple stream gauging points. These findings indicate that the combination of Z–R selection and freezing-level identification algorithms within NMQ, but not incorporated within MPE and HPE, would have an appreciable positive impact on hydrologic simulations. There were relatively small differences between NMQ and HPE gauge–radar estimates in terms of accuracy and impacts on hydrologic simulations, most likely due to the large influence of the input rain gauge information.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document