In Sectie 1.3 Motivation zijn explicieter de verschillen en meerwaarde tov eerdere rapporten beschreven:

Transcriptie

1 Opmerkingen van Deon Slagter: (Reacties zijn in blauw, toevoegingen aan het rapport in Italics) - Prima rapportage, kort en bondig met heldere analyse en meerwaarde. - In dit rapport wordt ingegaan op de meerwaarde van Harmonie. In eerdere rapporten is dit ook al gedaan, zij het minder expliciet. Graag in het rapport expliciet aangeven welke extra informatie dit rapport oplevert ten opzichte van eerder opgedane inzichten. In Sectie 1.3 Motivation zijn explicieter de verschillen en meerwaarde tov eerdere rapporten beschreven: Building on previous reports, this report provides an explicit comparison between the high-resolution HARMONIE model and the much lower resolution ERA-Interim dataset obtained from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasting (ECMWF). Compared to the earlier reports, the analyses presented here reveal the difference between the two model data sets in a systematic way. By analyzing pressure, wind and surface stress fields, we gain insight in the performance of both models. This enables us to make an assessment of regions that benefit most from the increased resolution. Hetzelfde stukje is opgenomen in de Executive summary onder Problem statement and goals. - In het rapport wordt veel ingegaan op de validatie van Harmonie. De echte meerwaarde van Harmonie tov Era Interim is in mijn ogen te beperkt beschreven in rapport en zeker in samenvatting/conclusie: hoeveel doet Harmonie het in welk gebied. Graag toevoegen aan rapport: We hebben een extra sectie (2.3.2) toegevoegd waarin de zeefractie van HARMONIE wordt vergeleken met die van ERA-Interim (Figuur 2.5). In de gebieden waar de zeefractie onderling veel verschilt, zal ook het effect op de wind en stress groot zijn. De volgende zin is opgenomen in het rapport: Land-sea masks Figure 2.5 shows the difference in water fraction between HARMONIE and ERA-Interim. It shows that the difference is largest in the coastal zone. The larger the difference, the larger is the improvement of using HARMONIE for wind and stress compared to ERA-Interim. Especially the coastal zone and Lake IJssel will benefit from the higher resolution of HARMONIE.

2 o kaartje NL met meerwaarde in 2 categorieën: a) ja b) beperkt. We hebben een figuur toegevoegd aan de executive summary waarin de effecten van HARMONIE zijn gevisualiseerd. Hierin zijn zowel de resolutie- als de fysische effecten meegenomen. De eerste paragraaf onder het kopje conclusies is als volgt aangepast: For different areas, the Figure below summarizes the improvement on the wind by using HARMONIE. Because of the much better representation of the land-sea mask, the largest improvement is reached in coastal areas and for large inland water bodies like Lake IJssel. In these areas, wind and surface stress values of ERA-Interim become less accurate due to the coarse resolution. Even smaller water bodies (Frisian Lakes, rivers) are too small to be explicitly resolved by the 2.5 x 2.5 km HARMONIE grid. Far from the coast, the benefit of the high-resolution model is smaller than in the coastal zone. However, especially for high wind speeds, it is still noticeable. The 10-m wind speeds in HARMONIE are systematically higher than in ERA-Interim. This difference increases from m/s far from the coast to 3-4 m/s in coastal areas and over Lake IJssel. For high wind speeds, the differences are larger (1-2 m/s far from the coast, 4-6 m/s in coastal areas). A comparison with observations shows that the HARMONIE winds are more realistic than the ERA-Interim winds. o impactanalyse op waterstanden: welke verbetering behalen we in welke gebied (orde grootte) op de maatgevende waterstanden/golven. We kunnen hiervan een afschatting maken door boven het IJsselmeer te kijken hoeveel procent de HARMONIE-wind hoger is dan de ERA-wind, de opzet reageert ongeveer kwadratisch op de wind. Onderstaande figuur geeft aan dat de windverdeling van HARMONIE ongeveer 25% hoger is dan van ERA-Interim. De wateropzet gebaseerd op HARMONIE zal derhalve ongeveer 50% hoger zijn dan die gebaseerd op ERA-Interim (uitgaande van een kwadratisch verband tussen wind en surge).

3 Figuur 1: Cumulatieve verdelingsfunctie van de wind voor een roosterpunt op het Ijsselmeer voor HARMONIE (rood) en ERA-Interim (blauw). Verhoging van de ERA-Interim wind met 25% (groen) levert bij benadering dezelfde verdeling op als HARMONIE. We hebben de volgende zin opgenomen in het rapport (section 2.3.b): For instance, this lead to 25% higher wind in HARMONIE than in ERA- Interim for all wind speed classes. This implies that modelled surges will be order 50% higher (assuming a quadratic relation between the wind and surge). - Een vraag die bij me opkwam bij het lezen van het rapport: wordt de juiste Waqua versie gebruikt bij jullie analyse? Het rapport doet voorkomen alsof bij Delfzijl met de CSM8-versie (ofwel 8 km roosterafstand) wordt gerekend en dat lijkt me voor de Oostelijke Wadden en meer specifiek Delfzijl wel een heel grove/onrealistische resolutie. Ik heb begrepen dat voor operationele voorspellingen (en ook voor HR?) bij Harlingen en Delfzijl met Kustfijn-nesting worden bepaald en de resolutie rond Delfzijl grofweg ergens tussen de 100 en 400 meter zit. Kunnen jullie daar nader op ingaan en welke consequenties dit mogelijk heeft voor de conclusies/gevonden afwijkingen? In het rapport wordt inderdaad CSM8 gebruikt, zoals aangegeven in Section 2.4; dit is momenteel nog de operationele versie. Hierin wordt geen Kustfijn-nesting toegepast. In het rapport zijn de berekening van de hoge-resolutie DCSM-v6 berekeningen ook opgenomen (Appendix C). Deze laten inderdaad zien dat Delfzijl aanzienlijk beter wordt

4 gerepresenteerd in de hoge-resolutie DCSMv6 versie dan in CSM8. - Hoe weet je zeker dat Harmonie beter is bij extreme condities? Immers zijn de uitkomsten van Waqua voldoende betrouwbaar? Hoe kunnen we uitsluiten dat we een modelfout Waqua met een andere modelfout Harmonie goed zitten te maken? (fig 4.2 en tab 4.1) Als extreem eens-in-de jaar betekent, kunnen we natuurlijk niets bewijzen; hoogstens kunnen we een indicatie krijgen, bijvoorbeeld door naar de tropische cyclonen in het klimaatmodel van het KNMI EC-EARTH te kijken. Als extreem betekent: de hoogste winden in de observaties, dan blijkt dat HARMONIE het beter doet dan ERA- Interim (staat in het rapport). - Pag 4: conclusie: kustwateren en grote wateren hebben meeste voordeel bij hoog resolutie model: hoe kan dit? Ik zou juist verwachten dat nog kleinere watersystemen hier veel voordeel van hebben gezien de resolutie. Dit komt toch doordat de resolutie van de Harmonie nog steeds relatief grof is ten opzichte van Waqua? Noem dit of herschrijf de zin ajb, nu staat het er wat ongelukkig. Díe wateren hebben het grootste profijt die van (bijna) geheel land in ERA naar geheel water in HARMONIE gaan. Deze gebieden zijn aangegeven in Figuur 2.5. Dat betreft feitelijk het kustgebied, het IJsselmeer, de Zeeuwse wateren, en het Waddengebied (waaronder het Eems-Dollard estuarium). Nog kleinere watersystemen (meren, rivieren) zijn te klein om met de 2.5x2.5km resolutie van HARMONIE goed gerepresenteerd te worden. We hebben de volgende zinsnede toegevoegd op pagina 4: Even smaller water bodies (Frisian Lakes, rivers) are too small to be explicitly resolved by the 2.5 x 2.5 km HARMONIE grid.

5 Opmerkingen van Marcel Bottema: (Reacties zijn in blauw, toevoegingen aan het rapport in Italics) Compliment voor de reviewer vanwege zijn grondige werk, en voor de auteurs vanwege de vervolgens aangebrachte verbeteringen waardoor het rapport redelijk leesbaar en interessant is geworden. Scope rapport is wat lastig te koppelen aan algemene beschrijvingen in projectplan, maar wel aan product 5.2. Ik heb niet echt fundamentele opmerkingen, maar her en der wat detailzaken, dus ik ga gelijk daarnaartoe over. In alle gevallen geldt: tenzij anders vermeld het commentaar graag via het rapport verwerken, en niet slechts via een toelichting. OPMERKINGEN Algemeen: Zie opmerking 9 t.a.v. mogelijk niet-passende WAQUA-instellingen. Iets om binnen andere sporen van WTI-Belastingen nader te onderzoeken! je mag wat explicieter aangeven dat hoge resolutie écht meerwaarde heeft voor met name de meren, de Waddenzee (die fors bijdraagt aan de opzet!) en de estuaria. Zie opmerking bij Deon over hoogste profijt voor landpunten die zeepunten worden in HARMONIE. Diverse plaatsen in rapport: als je verschillen of relatieve verhoudingen/aandelen aanduidt met more, less, much enz. graag wat specifiekere termen gebruiken (graag alle gebruikte more/less/much etc. hierop checken). Gedaan. NL-talige samenvatting ontbreekt Tot op heden is het maken van een NL samenvatting niet gebeurd. Mocht dit wel gewenst zijn is dit een structurele aanpassing van de manier van rapporteren. Par. 2.3: Graag de verhouding tussen de CD uit HARMONIE resp ERA-Interim plotten. Vooral bij hoge snelheden (> 20 m/s) zijn de relatieve CD-verschillen groot (tot 40%) en wil ik die graag in beeld. Een figuur met relative verschillen tussen de drag relaties van HARMONIE en ERA- Interim is toegevoegd (Fig 2.4) en kort bediscussieerd. Fig 3.1: Hoe kom je aan 526 datapunten uit 16 stormen? En vooral: Hoe kom je aan talloze stormdepressies met een kerndruk van hoger dan 1010 à 1020 hpa?? Voor de 16 stormperioden zijn steeds rond de 8 dagen gesimuleerd. Er zijn 4 analyzemomenten per dag. In totaal levert dit 16 * ~8 * 4 = 526 te vergelijken velden op. De volgende zin is ter verduidelijking opgenomen:

6 With about 8 simulation days per storm period and 4 analyses a day, this yields 526 data points in total. Aangezien we de minimale druk in alle beschikbare modelvelden beschouwen (dus 8 dagen per storm) is deze vergelijking breder dan alleen de vaak snel voorbij trekkende stormdepressies. Dit verklaart de aanwezigheid van drukvelden waarin minimale druk niet onder de hpa komt. Op een aantal plaatsen zijn verduidelijkingen aangebracht. Par. 3.1: door de HARMONIE-velden glad te strijken op de ERA-resolutie maak je de modellen wel meer vergelijkbaar, maar je kan zo niet goed de meerwaarde van HARMONIE aantonen. Gelukkig geeft de tekst dan nog een sporadische aanwijzing voor de baten van een fijnere resolutie. Doel van dit gedeelte is om te bepalen in hoeverre er verschillen bestaan op de grote schaal. Het blijkt dat die erg klein zijn. De meerwaarde van HARMONIE als het gaat om de grootschalige ontwikkeling van stormdepressies is klein. Het stoort me dat alleen absolute windverschillen worden getoond en besproken. Dat maakt zaken erg lastig te beoordelen en vergelijken. Graag ook %/relatieve verschillen weergeven in tekst en in de figuren! Het gaat vaak om orde 10% verschil en dat is bepaald relevant Dit punt geldt ook voor par Er is een APPENDIX toegevoegd die relatieve verschillen laten zien. Bespreking hiervan vindt plaats in de hoofdtekst. Fig 3.2: Vanaf zware storm zit HARMONIE vaak 2-8 m/s boven ERA-Interim. Graag meer aandacht voor deze observatie en bijbehorende verklaring. Deze observatie hangt sterk af van de manier van plotten. Als het verschil HARMONIE- ERA-Interim tegen ERA-Interim wordt uitgezet ipv tegen HARMONIE ziet het plaatje er heel anders uit. Zie onderstaande figuren. (Punten boven de 0-lijn schuiven naar links, punten onder de 0-lijn naar rechts.) Dit is de reden voor de voorzichtige formulering in de tekst. De volgende zinsnede is opgenomen om de interpretatie te vereenvoudigen: Note that large positive bias for cases over 60 m/s is partly a consequence of the way of plotting; if the model difference would be plotted versus the maximum ERA-Interim geowind instead of the maximum HARMONIE geowind the difference would seem to be much smaller

7 Fig 3.7: Wat is de oorzaak voor de vertikale structuren in de figuren, met maxima grofweg op de oneven breedtegraden? De verticale structuren vinden hun oorsprong in de ERA velden. De oorzaak ervan is onbekend. Het vermoeden is dat het een soort resonatie in het grid is. Normaal valt het niet op, maar omdat we hier naar verschillen kijken komt het naar voren. We zijn in contact met het ECMWF om de oorzaak te achterhalen. In de tekst is de volgende zin toegevoegd. The meridional structures in Figure 3.7 are probably artificial. They originate from the ERA-Interim fields and are probably related to the grid configuration. This issue is being discussed with the ECMWF. Par. 3.3: Je vergelijkt hier modeloutput met een zwaar (Benschop-)gecorrigeerde meetwind, waarbij de correctie igv stabiele atmosfeer er fors naast kan zitten. Graag ook een vergelijking geven tussen de meetwind en modelwind voor de feitelijke meethoogtes. En tussen de 10-meterwind en modelwind op locaties waar feitelijk op betrouwbare/representatieve wijze is gemeten op 10 meter. Denk aan de RWS- IJsselmeerpalen (niet KNMI-Trintelhaven/Houtrib!), KNMI-Vlieland en KNMI- Texelhors. 1. Deze figuur heeft als doel om beide modellen te vergelijken voor a) een station op open zee en b) een station in de kustregio. Het dient om de in Sectie 3.2 gevonden verschillen te toetsen aan de hand van stationsdata. Welk model heeft er gelijk? K13 is een van de zeer weinige stations op open zee met ook nog eens een lange meetreeks. Vandaar dat we bijna niet om dit station heen kunnen. 2. We zijn ervan overtuigd dat de Benschopcorrectie voor onze toepassing voldoende nauwkeurig is. Dit is deels aangetoond in Baas 2013 Evaluation of

8 HARMONIE simulations for 16 historical storms en zal verder onderbouwd worden in het Milestone Rapport van juni a.s., waarin ook de eerste resultaten van de productie runs zullen worden meegenomen. Te denken valt aan analyses waarin de bias geplot wordt als functie van de stabiliteit en het meenemen van stabiliteit in de correctie van meethoogte naar 10 m. 3. Een analyze op meethoogte valt buiten de doelstellingen van het huidige rapport. Het is ook niet direct duidelijk wat een vergelijking op meethoogte te zeggen heeft voor de model prestaties nabij het oppervlak, terwijl we voornamelijk daar geintereseerd in zijn. Dit heeft alles te maken met onzekerheden in het de opbouw van het vertikale modelprofiel. In het rapport van komende zomer zal hier verder op worden ingegaan. 4. Een vergelijking met alle beschikbare stations, inclusief die aan de kust, is gegeven in Baas (2013). Zie ook Figuur 3.13 van het huidige rapport. In de tekst is extra benadrukt dat het ons in deze figuur gaat om het toetsen van de in Sectie 3.2 gevonden verschillen tussen HARMONIE en ERA-Interim, met name het contrast tussen de situatie op open zee en in de buurt van kust. (!) Hoofdstuk 4: De te lage opzetten suggereren dat de referentiedragrelatie van WAQUA (Charnock met constante 0.032) een foute (te lage?) CD veroorzaakt. Een nog hogere Charnockconstante spoort echter niet met metingen behalve wellicht in zeer onstabiele atmosfeer. Ik vermoed daarom dat WAQUA óf een foute / te lage bodemwrijving heeft, of wellicht (check dit eerst) zaken onderschat door het ontbreken van wave setup. Een te lage bodemwrijving kan ook helpen verklaren Deze vraag valt buiten de scope van het rapport; HARMONIE wordt immers getoetst, en niet WAQUA. Hoofdstuk 4: Graag verduidelijken waarom ERA-Interim het zoveel slechter doet dan HARMONIE, zelfs nadat je alle voor de hand liggende oorzaken (zoals grovere resolutie en afwijkende CD) hebt weggecorrigeerd. Ligt dit aan de grovere tijdsresolutie van ERA? Of aan de modellering van de grenslaag (los van CD-zaken). Hoewel we alleen gridpunten gebruiken die als waterpunt aangemerkt zijn, is het aannemelijk dat nog steeds een deel van de onderschatting van de met ERA-Interim verkregen waterstanden veroorzaakt wordt door inmenging van gridpunten die geheel of gedeeltelijk uit land bestaan. In de praktijk blijkt het erg lastig de landinvloeden in ERA- Interim data volkomen te vermijden. Zie APPENDIX B. Zoals aangegeven in het rapport, is een groot voordeel van HARMONIE dat dit probleem geen rol speelt. De rol van verschillen in tijdsresolutie en grenslaagfysica zijn naar verwachting klein.