costa common set of tools for assimilation of data openda/costa voor operationele modellen en...

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

OpenDA/COSTA voor operationele modellen en

kalibratie rivier toepassingen

Nils van Velzen

Simona gebruikersdag

Oktober 2008

www.costapse.org

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

Overzicht

• Data assimilatie en model kalibratie

• Motivatie

• Introductie COSTA en OpenDA

• Data assimilatie met WAQUA/TRIWAQ

• Model kalibratie met OpenDA

• Conclusies

www.costapse.org

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

Data assimilatie en model kalibratie

• Gebruik van (computer) modellen– Voorspellen van de toekomst

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

Data assimilatie en model kalibratie

• Oplossen van vraagstukken

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

Data assimilatie en model kalibratie

• (Re)construeren van het heden/verleden

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

Data assimilatie en model kalibratie

• Wat is een model?

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

Data assimilatie en model kalibratie

• Observaties

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

Data assimilatie en model kalibratie

• Data assimilatie: Het direct verbeteren van modelvoorspelling– Waterstanden– Snelheden

• Model kalibratie: Het verbeteren van de model parameters– Bodemruwheden– Diepte

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

COSTA en OpenDA

• Data assimilatie in WAQUA/TRIWAQ:– Steady state Kalman– RRSQRT

• Kalibratie van WAQUA/TRIWAQ– WAQAD (met en zonder adjoint model)– Calibriv

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

COSTA en OpenDA

• Speciale implementatie voor WAQUA

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

COSTA en OpenDA

• Model, Observaties en methode

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

COSTA en OpenDA

• Hergebruik van code

• Minder fouten in de code

• Minder complexe bouwstenen

• Eenvoudig uitproberen van verschillende methodes

• Samenwerking tussen instituten

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

COSTA en OpenDA• Voorheen COSTA en DA-Tools

– COSTA:• Fortran/C• High performance• Ondersteuning voor parallel rekenen• Open source

– DA-Tools:• Java• Makkelijk configureerbaar• Niet open source

• Combinatie biedt voordelen van beide

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

COSTA en OpenDA

• Beschikbare methodes:– EnsKF– EnsrF– RRSQRT– COFFEE– Sir– Conjugrad– Lbfgs– Simplex

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

COSTA en OpenDA

• COSTA als het high performance gedeelte van OpenDA

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

Data assimilatie met WAQUA/TRIWAQ

• WAQUA/TRIWAQ-COSTA koppeling is beschikbaar

• Experimenten zijn eenvoudig realiseerbaar met COSTA data assimilatie methodes

• waqpro.pl –costa yes –obssql <obsdatabase.sql>

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

Data assimilatie met WAQUA/TRIWAQ

• Filters via runscript:– Ensemble Kalman– Rrsqrt (equivalent aan WAQUA/TRIWAQ

filter

• Parallel rekenen– Normaal parallel– Domein decompositie (horizontaal en

vertikaal)

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

Data assimilatie met WAQUA/TRIWAQ

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

Data assimilatie met WAQUA/TRIWAQ

• Experiment opgezet met het DCSM v6 model

• RRSQRT

• EnKF

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

Data assimilatie met WAQUA/TRIWAQ

RRSQRT 20/40 modes

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

Data assimilatie met WAQUA/TRIWAQ

Ensemble 20/40 modes

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

Model kalibratie met OpenDA

• Calibriv: afregelen van rivieren– Efficiënt door directe koppeling tussen

observatie locatie en afregeling riviervak– Behoefte aan hoog/laagwater ruwheden– OpenDa gebruiken (variatie op DUD) i.p.v.

uitbreiden calibriv– Black box koppeling

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

Model kalibratie met OpenDA

• Xml-configuratie bestanden (zelf)– Instellingen van het sparse-DuD algoritme– Type van de object functie– Afhankelijkheden: parameters-observaties

• Xml-configuratie generiek– Koppeling tussen WAQUA/TRIWAQ– Zetten en lezen van parameters in siminp

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

Model kalibratie met OpenDA

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

Model kalibratie met OpenDA

COSTACommon Set of Tools for Assimilation of Data

Conclusies

• Data assimilatie methoden en model Kalibratie methoden zijn belangrijke gereedschappen

• COSTA-OpenDA maakt het gebruik van deze methoden (relatief) eenvoudig en goedkoop

• COSTA en OpenDA kunnen gebruikt worden met WAQUA/TRIWAQ voor zowel data assimilatie als model kalibratie