Feasibility of assimilating ASCAT surface winds into a Limited Area Model

Sea-surface wind observations of previous generation scatterometers have been successfully assimilated into Numerical Weather Prediction (NWP) models. Impact studies conducted with these assimilation implementations have shown a distinct improvement to model analysis and forecast accuracies. The Advanced Scatterometer (ASCAT), flown on Metop-A, offers an improved sea-surface wind accuracy and better data coverage when compared to the previous generation scatterometers. Five individual case studies are carried out. The effect of including ASCAT data into High Resolution Limited Area Model (HIRLAM) assimilation system (4D-Var) is tested to be neutral-positive for situations with general flow direction from the Atlantic Ocean. For northerly flow regimes the effect is negative. This is later discussed to be caused by problems involving modeling northern flows, and also due to the lack of a suitable verification method. Suggestions and an example of an improved verification method is presented later on. A closer examination of a polar low evolution is also shown. It is found that the ASCAT assimilation scheme improves forecast of the initial evolution of the polar low, but the model advects the strong low pressure centre too fast eastward. Finally, the flaws of the implementation are found small and implementing the ASCAT assimilation scheme into the operational HIRLAM suite is feasible, but longer time period validation is still required.

Edellisen sukupolven skatterometrien merenpinnan tuulihavaintoja on tuloksellisesti assimiloitu numeerisiin sääennustemalleihin. Näistä assimilaatiototeutuksista tehdyt vaikutustutkimukset ovat osoittaneet selviä parannuksia mallien analyysi- ja ennustetarkkuuksiin. Metop-A:n hyötykuormana oleva kehittynyt skatterometri (ASCAT) tarjoaa tarkempia havaintoja merenpintatuulista sekä kattaa mittauksillaan suuremman alueen edellisiin skatterometreihin verrattuna. ASCAT:in havaintojen assimilaatiota korkean resoluution rajatun alueen malliin (HIRLAM 4D-Var) tutkitaan viidessä erillisessä tapaustutkimuksessa. Vaikutuksen huomataan olevan neutraali-positiivinen tapauksille, joissa yleinen virtaussuunta on Atlantilta, mutta pohjoisille polaarivirtauksille vaikutuksen havaitaan olevan negatiivinen. Tämän päätellään johtuvan ongelmista pohjoisten virtausten mallintamisessa, mutta myös sopivien verifikaatiometodien puutteellisuudesta. Ehdotuksia sekä esimerkki verifikaatiometodien kehittämisestä esitellään myöhemmässä vaiheessa. Työssä tarkastellaan myös lähemmin polaarimatalatapausta. Tarkastelusta selviää, että ASCAT:in assimilaatio analyysijärjestelmään parantaa polaarimatalan alkukehityksen ennustetta, mutta mallin dynamiikka/fysiikka advektoi tämän voimakkaan matalapainekeskuksen liian nopeasti itään. Assimilaation toteutuksen viat havaitaan kuitenkin pieniksi ja ASCAT-havaintojen assimilaation operatiiviseen HIRLAM sääennustemalliin nähdään olevan toteuttamiskelpoinen, tosin pidemmän aikavälin validoinnin tarve nousee vielä esiin.