Development of a methodology for probable maximum precipitation estimationover the american river watershed using the WRF model
Amerikan nehri havzasında WRF modeli kullanılarak olası maksimum yağış tahmini için bir metodolojinin geliştirilmesi
- Tez No: 747440
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA LEVENT KAVVAS
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Meteoroloji, İnşaat Mühendisliği, Meteorology, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2010
- Dil: İngilizce
- Üniversite: University of California DAVIS
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 195
Özet
Hava Durumu Araştırması ve Tahmini (WRF-ARW) modeli kullanılarak American Nehri Havzası (ARW) üzerinde olası en yüksek yağış (PMP) tahmini için fiziksel tabanlı yeni bir metodoloji geliştirilmiştir. Pineapple Express olarak adlandırılan kalıcı bir nem akısı konverjans deseni 42 tarihsel aşırı yağış olayı için analiz edildi ve Pineapple Express'in ilgilenilen havza üzerinde aşırı yağışa neden olduğu bulundu. Nem akısı konverjansı ve maksimum yağış arasındaki ortalama korelasyon 42 olay için 0.71 olarak tahmin edilmektedir. WRF modelinin performansı, modelin kalibrasyonu ve bağımsız validasyonu yoluyla yağış için doğrulandı. Kalibrasyon prosedürü yalnızca birinci sıradaki 1997 sel olayı vakası için yapılırken, WRF modeli 42 geçmiş vaka için doğrulanmıştır. İlgili havza üzerinde 27 km, 9 km ve 3 km'lik yatay çözünürlüklerde iç içe üç model alanı kurulmuştur. Chi-square testleri sonucunda,“WRF modelinin hem alansal ortalama hem de nokta tahminleri için ARW üzerinde PMP belirlenmesinde kullanılabilir”hipotezi %5 anlamlılık düzeyinde kabul edilmiştir. Model fizik seçeneklerinin yağış üzerindeki hassasiyetleri, 28 mikrofizik, atmosferik sınır tabakası ve kümülüs parametrizasyon şemaları kombinasyonları kullanılarak belirlenmiştir. 42 tarihsel vakaya dayalı olarak en iyi üçlü parametrizasyon seçeneğinin Thompson mikrofiziği, Grell 3D ensemble kümülüs ve YSU sınır tabakası (TGY) olduğu sonucu çıkarılmış ve bu araştırmanın tüm analizlerinde bu TGY üçlüsü kullanılmıştır. WRF modeli ile fiziksel olarak olası maksimum yağışı değerlendirmek için dört yöntem önerilmiştir: 1. Atmosferik koşulların perturb edilmesi; 2. Atmosferik koşullarda kayma; 3. Tarihsel olaylar arasında atmosferik koşulların değiştirilmesi; ve 4. Termodinamik olarak olası en kötü durum senaryosunun oluşturulması. Ayrıca, iklim değişikliğine bağlı yağışların fiziksel olarak olası üst sınırlarını belirlemek için sıcaklık artışı vurgulanarak iklim değişikliğinin yağış üzerindeki etkisi tartışılmıştır. Simülasyon sonuçları, atmosfer koşullarındaki meridyonel kaymanın, maliyet ve verimlilik göz önünde bulundurularak maksimum yağışı belirlemek için en uygun yöntem olduğunu göstermektedir. Son olarak, 42 tarihsel aşırı yağış olayının model sonuçları ile yapılan aşılma olasılığı analizleri, yüzde 0,5'lik aşılma olasılığına denk gelen, 72 saatlik havzanın ortalaması için olası maksimum yağışın 21,72 inç olduğunu göstermektedir. Öte yandan, Amerikan Nehir Havzası için 59 nolu mevcut hidrometeorolojik raporda yayınlanan operasyonel PMP tahmini, 28,57 inçtir. Önceki 36 nolu hidrometeorolojik raporda PMP değeri 31,48 inç olarak verilmiştir. Önerilen bu yöntemin aşırı olasılık analizlerine göre, önceki iki tahminin aşılma olasılığı yüzdeleri sırasıyla 0,036 ve 0,011'e karşılık gelmektedir.
Özet (Çeviri)
A new physically-based methodology for probable maximum precipitation (PMP) estimation is developed over the American River Watershed (ARW) using the Weather Research and Forecast (WRF-ARW) model. A persistent moisture flux convergence pattern, called Pineapple Express, is analyzed for 42 historical extreme precipitation events, and it is found that Pineapple Express causes extreme precipitation over the basin of interest. An average correlation between moisture flux convergence and maximum precipitation is estimated as 0.71 for 42 events. The performance of the WRF model is verified for precipitation by means of calibration and independent validation of the model. The calibration procedure is performed only for the first ranked flood event 1997 case, whereas the WRF model is validated for 42 historical cases. Three nested model domains are set up with horizontal resolutions of 27 km, 9 km, and 3 km over the basin of interest. As a result of Chi-square goodness-of-fit tests, the hypothesis that“the WRF model can be used in the determination of PMP over the ARW for both areal average and point estimates”is accepted at the 5% level of significance. The sensitivities of model physics options on precipitation are determined using 28 microphysics, atmospheric boundary layer, and cumulus parameterization schemes combinations. It is concluded that the best triplet option is Thompson microphysics, Grell 3D ensemble cumulus, and YSU boundary layer (TGY), based on 42 historical cases, and this TGY triplet is used for all analyses of this research. Four techniques are proposed to evaluate physically possible maximum precipitation using the WRF: 1. Perturbations of atmospheric conditions; 2. Shift in atmospheric conditions; 3. Replacement of atmospheric conditions among historical events; and 4. Thermodynamically possible worst-case scenario creation. Moreover, climate change effect on precipitation is discussed by emphasizing temperature increase in order to determine the physically possible upper limits of precipitation due to climate change. The simulation results indicate that the meridional shift in atmospheric conditions is the optimum method to determine maximum precipitation in consideration of cost and efficiency. Finally, exceedance probability analyses of the model results of 42 historical extreme precipitation events demonstrate that the 72-hr basin averaged probable maximum precipitation is 21.72 inches for the exceedance probability of 0.5 percent. On the other hand, the current operational PMP estimation for the American River Watershed is 28.57 inches as published in the hydrometeorological report no. 59 and a previous PMP value was 31.48 inches as published in the hydrometeorological report no. 36. According to the exceedance probability analyses of this proposed method, the exceedance probabilities of these two estimations correspond to 0.036 percent and 0.011 percent, respectively.
Benzer Tezler
- Merkezsel ve dışmerkezsel çapraz elemanlı çerçeve yapıların statik ve deprem yüküne göre optimum tasarımı
Optimum desing of concentrically and eccentrically braced frames under static and earthquake loading
F.GÜLTEN GÜLAY
- Metro sistemlerinin tasarımında yapım ve işletme maliyetlerinin optimizasyonu için bir yaklaşım
An approach for optimizing construction and operation costs of metro systems
MEHMET TARIK DÜNDAR
Doktora
Türkçe
2016
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZÜBEYDE ÖZTÜRK
PROF. DR. SİNAN MERT ŞENER
DOÇ. DR. MURAT ERGÜN
- Termal bariyer kaplamanın turbo doldurmalı bir dizel motorunun performansına etkileri
Başlık çevirisi yok
HALİT YAŞAR
Doktora
Türkçe
1997
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VELİ ÇELİK