Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Predicting the Momentum Flux-Profile Relationship from Macro Weather Parameters
KTH, School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS).
2018 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

The study of climate heavily relies on simulations. For efficiency reasons, many important phenomena cannot be simulated, and have to be parametrized, i.e. their effect must be described based on macro parameters. The turbulence resulting from the interaction between the atmosphere and the surface is an example of such phenomena. One of the quantities of interest arising from turbulence is the momentum flux-profile relationship, which relates the transport of momentum (flux) and the change of wind speed with altitude (profile). This quantity can be computed following the Monin-Obukhov Similarity Theory (Obukhov 1971). However, this theory requires parameters that are hard to measure, both in real life and in the simulations, is only applicable in a restricted range of conditions, and produces predictions that are accurate only up to 20-30% (Foken 2006).The goal of this thesis is to compute the momentum flux-profile relationship using only macro weather parameters, which are readily available in climate simulations; this is done using Data Mining techniques on 17 years of weather data collected from the Cabauw meteorological tower in the Netherlands. Moreover, we asses the impact of different sets of features on the prediction error.Results show that even the simplest linear models are able to compete with the similarity theory, and complex methods such as gradient boosted trees can reduce the mean squared error by almost 50%. Furthermore, these methods are applicable to a much wider range of conditions compared to the similarity theory, while providingroughly the same predictive performance achieved by this theory in its validity range. These results are obtained using wind speed and air temperature at different levels, the soil temperature, and the net radiation at the surface; the improvement offered by the heat fluxes is significant, but of low magnitude. The soil heat flux, the dew point, and the hourly trend of the features do not have a tangible impact on the performance.

Abstract [sv]

Klimatstudier är till stor del beroende av simulationer. Av effektivitetsskäl så kan många betydande fenomen inte simuleras och måste parametriseras, exempelvis beskrivs då fenomenets effekt baserat på makroparametrar. Turbulensen som resulterar i interaktionen mellan atmosfären och jordytan är ett exempel på ett sådant fenomen. En av de mängder av möjliga intressanta simulationer som uppstår av turbulens är Flux-Profile förhålladen som sätter i relation transport av momentum (flux) och ändringar i vindhastighet i relation med höjden (profile). Denna mängd kan beräknas med Monin-Obukhov likhetsteori (Obukhov 1971). Denna teori kräver vissa parametrar som är svåra att mäta både i verkligheten och i simulationer. Teorin är endast applicerbar i ett begränsat antal situationer och resulterar i förutsägelser med endast 20-30% träffsäkerhet (Foken 2006).Målet med denna uppsats är att beräkna Flux-Profile förhållandet enbart med makroväder parametrar som är tillgängliga i klimatsimulationer; detta görs med informationsutvinning på 17 års väderdata insamlat från Cabauw väderstation i Nederländerna. Olika kombinationer av egenskaper kommer att användas för att utvärdera felet på förutsägelserna.Resultaten visar att även de enklaste linjära modellerna är jämförbara med likhetsteorin, och komplexa metoder såsom gradient boosted trees kan reducera medel-kvadratfel med nästan 50%. Dessutom är dessa metoder applicerbara på en större mängd av villkor jämfört med likhetsteorin, samtidigt som de ger liknande träffsäkerhet som likhetsteorin i dess validitetsintervall. Dessa resultat erhölls genom att använda vindhastighet och lufttemperatur på olika höjder, jordtemperatur, nettostrålningen på jordytan, förbättringen genom att använda värmeflöden är markant, men har låg magnitud. Jordens värmeflöden, daggpunkten och den timvisa trenden över egenskaperna hade inte en märkbar påverkan på prestandan.

Place, publisher, year, edition, pages
2018. , p. 89
Series
TRITA-EECS-EX ; 2018:469
National Category
Computer and Information Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-254358OAI: oai:DiVA.org:kth-254358DiVA, id: diva2:1331204
Subject / course
Computer Science
Educational program
Degree of Master
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-06-26 Created: 2019-06-26 Last updated: 2019-06-26Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(7530 kB)13 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 7530 kBChecksum SHA-512
c363a59be209e749c7cae8e9576964ab6bb90ab6602aea971e784ffc1f14558b6c38e2f12af41425816c469a5d9bedc9c86edb8222367a87b963e0198e6813e1
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS)
Computer and Information Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 13 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 39 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf