Operational hydrometeorology methods - MZ330P45

• Title: Metody v operativní hydrometeorologii
• Czech title: Metody v operativní hydrometeorologii
• Guaranteed by: Department of Physical Geography and Geoecology (31-330)
• Faculty: Faculty of Science
• Actual: from 2023
• Semester: winter
• E-Credits: 3
• Examination process: winter s.:
• Hours per week, examination: winter s.:2/0, Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: cancelled
• Language: Czech
• Note: enabled for web enrollment
• Guarantor: RNDr. Jan Daňhelka, Ph.D.

Annotation

English

Last update: KLIMENT (24.03.2004)

The main aim of the lecture is to present recent methods of operational meteorological forecasting as well as hydrological modeling. The connection between meteorology and hydrology and the hydrometeorology in the scale of the catchment is stressed.
Problematic of meteorological modeling is explained including inputs and output data quality check. The effect of Quantitative precipitation forecast and quantitative temperature forecast on hydrological processes is discussed. Forecasting of dangerous hydrometeorological events is mentioned including the flashfloods.
Catchment and the processes within the catchment are the main objects of the hydrological part of the lecture. Rainfall-runoff process, snow accumulation and melting and runoff routing are the main ones to be modeled and calibrated. Another hydrological processes (channel routing, reservoir simulation) and their modeling principles are included. At the end the complete hydrological forecasting systems, forecasting process, forecast types, forecast outputs and possibilities are introduced as well as flood protection system of the Czech Republic.

Czech

Last update: KLIMENT (24.03.2004)

Přednáška je určena k seznámení studentů s moderními metodami používanými v operativní meteorologii a hydrologii. Důraz je kladen zejména na propojení obou oborů pro komplexní pochopení hydrometeorologických procesů v měřítku povodí. Probíraná látka zahrnuje informace meteorologických modelech, jejich vstupech a výstupech, včetně zhodnocení kvality dat. Pozornost je věnována zejména předpovědi srážek a teplot a jejich vlivu na navazující hydrologické procesy a předpovědím nebezpečných jevů (flashflood). V hydrologické části přednášky je vysvětlena tvorba odtoku v povodí a možnosti jeho modelování (modely sněhové pokrývky a srážko-odtokové modely) včetně kalibračních procedur. Pozornost je věnována i modelování proudění vody v říčním korytě a nádržích. Představeny jsou ucelené předpovědní systémy, proces tvorby předpovědi, její typy, výstupy a limity. Představen i systém protipovodňové ochrany v ČR.
Přednáška je určena pro studenty magisterského studia v oboru fyzické geografie po absolvování základních přednášek z meteorologie a hydrologie. Doplňuje přednášky Aplikovaná hydrologie (Z330P75) a Vybrané kapitoly z hydrometeorologie (Z330P76), jejich předchozí absolvování není nezbytné.

Literature

Last update: KLIMENT (24.03.2004)

Atlas D.(ed.), 1990: Radar in Meteorology, American Meteorological Society, 1990, 806 p.

Beven, K J, 2001 - Rainfall-Runoff Modelling: The Primer, Wiley, Chichester, 360 s.

Chow, V.T., 1988 - Applied Hydrology, McGraw-Hill, New York, 572 s.

Daňhelka, J., Krejčí, J., Šálek, M., Šercl, P, Zezulák, J., 2003 - Posouzení vhodnosti aplikace srážko-odtokových modelů s ohledem na simulaci povodňových stavů pro lokality na území ČR, ČZU a ČHMÚ, Praha, 220 s.

Houghton, D. D. (ed.), 1985 - Handbook of Applied Meteorology, Wiley, Chichester, 1488 s.

Krzysztofowicz, R. (ed.), 2000 - Journal of Hydrology 239, Special issue on Quantitative Precipitation Forecasting, Elsevier, 337 s.

WMO 1994 ? Guide to Hydrological Practices, 5th edition, WMO-No. 168, 735 s.

Journal of Hydrometeorology, American Meteorological Society,Lettenmaier, D. P. (chief ed.)

Journal of Hydrology, Elsevier, Krzysztofowicz (ed.)

Syllabus

Last update: KLIMENT (24.03.2004)

1. Úvod: Co je operativní (synoptická) meteorologie a hydrologie, předpovědní služba v ČR a ve světě, nebezpečné meteorologické a hydrologické prvky.

2. Data v meteorologii: Tlak, teplota, srážky. Měření srážek (principy), srážkoměry (automatické), meteorologické radary, kombinované odhady srážek. Družice a satelitní data. Spolehlivost dat, chyby měření.

3. Synoptická meteorologie: Podklady pro tvorbu meteorologických předpovědí, numerické modely pro předpověď počasí, krátkodobé (lokální) modely, střednědobé (globální) modely, sezónní a dlouhodobé předpovědní modely, velmi krátkodobé předpovědi (nowcasting), problematika kvantitativní předpovědi srážek (QPF), deterministické vers. pravděpodobnostní předpovědi.

4. Flashfloods a radarová meteorologie: Co je Flashflood. Prevence a ochrana. Možnosti předpovědí, mapy aktuálních rizik (nasycení), lokální varovné systémy. Využití meteorologických radarů, odhad srážek i větru /dopplerovský efekt, tornáda/, kombinované srážkové odhady (radar, pozemní srážkoměry).

5. Hydrologie povodí: Povodí jako hydrologická jednotka, hydrologický cyklus a bilance v měřítku povodí. Fyzickogeografické vlastnosti povodí a jejich vliv na odtok. Srážky, vliv plošného a časového rozložení srážek, odezva na srážky, objem srážek a odtoku, odtokové ztráty v povodí.

6. Vstupní data pro hydrologické modelování: Meteorologická data,srážky, rozdělení sníh vers. déšť, průměrná srážka na povodí (MAP), průměrná teplota na povodí (MAT). Hydrologická data: vodní stav, průtok, jejich operativní měření (automatické limnigrafy, radarové měření hladiny, ultrazvukové měření průtoku, měrné křivky. Přenos dat. Operativní analýza dat a kontrola jejich kvality.

7. Transformace odtoku z povodí (Routing): Odtokový hydrogram, teorie jednotkového hydrogramu, jednotkový hydrogram pro s.o. modely. Komponenty odtoku, rychlé složky odtoku (přímý, povrchový, hypodermický), pomalé složky odtoku (bazální odtok). Vliv rozložení srážek na jednotkový hydrogram.

8. Hydrologické předpovědní systémy: Co je to HPS a jak funguje, modelové komponenty. Nároky na měřící sítě a vstupní data, přenos a zpracování dat. Výstupy HPS a jejich distribuce interpretace a využití. HPS NWSRFS, HPS AquaLog, demonstrace.

9. Modelování sněhu v povodí: Měření vodní hodnoty, vlastnosti sněhu ve smyslu vázání vody a jejího tání. Vliv dalších faktorů na tání, dešťové srážky, vítr. Sněhový model, princip energy budget vers. degree day, jejich výhody a nevýhody, nároky na vstupní data. Projekt WMO porovnání jednotlivých modelů.

10. Srážkoodtokové vztahy: s.o. modely, typy modelů , distribuované vers. lumped, kontinuální vers. událostní (event), deterministické vers. konceptuální. Nejznámější modely: Sacramento, APIc, HBV, HYDROG, Mike11, HEC. Princip s.o. modelování (APIc a Sacramento), demonstrace.

11. Kalibrace: parametry modelů, jejich vliv na výsledné složení jednotlivých komponent odtoku a hydrogram. Důležitost kalibrace, validace. Praktická ukázka kalibrace a vyzkoušení kalibrace studenty na jednoduchém modelu.

12. Hydraulické modely a hydrologické přístupy k otázce postupu vody korytem: voda v říčním korytě a v nivě, retenční prostory v nivě. Rozdíl mezi hydraulickým a hydrologickým řešením proudění vody v korytě, nároky na data, výhody a nevýhody. Základní metody a modely: Muskingum, HEC, FLDWAV, MIKE. Záplavové čáry a záplavová území. Modely nádrží.

13. Protipovodňová ochrana a uživatelé hydrologických a meteorologických předpovědí, vodohospodářské využití předpovědí, manipulace nádrží. Nároky na předpovědi (potřeby uživatelů, deterministická vers. pravděpodobnostní předpověď, dlouhodobé předpovědi). Nádrže a jejich vliv na hydrologickou předpověď. Systém organizace protipovodňových opatření v ČR. Povodňové komise, krizové řízení, kde najít informace o povodňových plánech a v případě povodně o jejím průběhu.