Starttillståndets inverkan på hydrologisk prognososäkerhet i HYPE-modellen

Sammanfattning: SMHI:s hydrologiska prognos- och varningstjänst använder sig av meteorologiska ensembleprognoser som indata i hydrologiska modeller. De hydrologiskaensembleprognoserna tar därmed hänsyn till framtida osäkerhet i temperatur och nederbördoch används som underlag vid utfärdandet av risker och varningar för höga flöden. För närvarande beaktas dock inte osäkerheten i modellens starttillstånd, vilket består av de tillståndsvariabler i modellen som beskriver bland annat markvattenhalt och snötäcke. I dennastudie undersöktes hur starttillståndet i den hydrologiska modellen HYPE inverkar på prognoser i syfte att kvantifiera osäkerheten och på sikt möjliggöra säkrare prognoser.Studien hade tre mål: 1) Ta fram ett förslag på hur starttillståndet kan varieras för att ge en god uppskattning av prognososäkerheten relaterat till det hydrologiska starttillståndet. 2) Undersöka sambandet mellan starttillståndens spridning och det hydrologiska prognosfelet. 3) Analysera hur årstider, avrinningsområdens area, sjöprocent, skogsprocent och höjd över havet inverkar på prognososäkerheten. En central hypotes var att mindre skillnad mellan starttillståndets vattenföring och den observerade vattenföringen vid prognosstart resulterar i mer träffsäkra prognoser. Studien begränsades av att starttillstånden endast genererades med hjälp av störningar i drivdata.Indata till HYPE-modellen var femton temperatur- och nederbördsserier som manipulerats i syfte att skapa en ensemble av olika starttillstånd. Denna ensemble användes sedan för att göra vattenföringsprognoser med observerad temperatur och nederbörd som drivdata. Studien omfattade 76 avrinningsområden från hela Sverige med data för perioden 1999-2008. Prognoser utfördes varje dygn och ensemblespridningen utvärderades 2, 4 och 10 dygn in i prognosen. Samma utvärderingar utfördes även på autoregressiva prognoser, vilket innebär att modellerad rättas utefter observerad vattenföring.Resultaten indikerade ett samband mellan ensemblespridning och prognosfel, vilket innebär att spridning kan användas som ett mått på starttillståndets osäkerhet. Prognosfelet korrelerade positivt med skogsprocent och negativt med avrinningsområdenas area, sjöprocent och höjd över havet. Samma samband uppvisades mellan dessa områdesvariableroch spridning. Spridningen var störst på vintern och våren då normalisering skett med medelvattenföring över tio år, och under vår och sommar då normalisering skett med medelvattenföring per månad. Hypotesen att mindre skillnad mellan starttillståndets vattenföring och den observerade vattenföringen vid prognosstart resulterar i mer träffsäkraprognoser bekräftades av resultaten. Implementering av en ensemble av olika starttillstånd i operationella prognoser vid SMHIs hydrologiska prognos- och varningstjänst föreslås i syfte att kvantifiera osäkerheten och därigenom utöka bedömningsunderlaget vid utfärdande av risker och varningar.