Browsing by discipline "Meteorologia"

Polanne on hyvin yleinen ilmiö talvisen Suomen teillä. Sille ei ole olemassa tarkkaa tieteellistä määritelmää, mutta se on vakiintunut tarkoittamaan tienpintaan tamppaantunutta kovaa lumikerrosta. Polanne voi ajoittain urautua ja olla epätasainen, mikä voi aiheuttaa tienkäyttäjille vaaratilanteita ja pahimmassa tapauksessa henkilövahinkoja. Suomen tieverkko on jaettu eri talvihoitoluokkiin, jotka määrittelevät kyseisen tien hoidon laadun. Osalla Suomen vähäliikenteisemmistä pääteistä polannetta annetaan talvella muodostua. Vilkkaamman liikenteen teillä tienpinta tulisi olla aina paljaana, joten polanne pyritään poistamaan nopeasti sen muodostuttua tai muodostuminen pyritään estämään ennakoivilla toimenpiteillä. Tämän tutkielman tarkoituksena oli tutkia polanteen muodostumisen sääolosuhteita ja tuottaa niiden avulla polanteen muodostumista ennustava tuote ja siten auttaa tienhoidon tehostamisessa. Liikenteellä on myös merkittävä vaikutus polanteen muodostumiseen, mutta sitä ei pystytty tässä tutkielmassa huomioimaan. Polanteen muodostumista tutkittiin talvikaudella 2017-2018. Polanteen muodostuminen pyrittiin havaitsemaan Intelligent Traffic Management Finland Oy:n kelikameroiden kuvista. Havaittujen polanteen muodostumispaikkojen läheltä kerättiin säähavaintoja ja eri polannetapauksia verrattiin keskenään yrityksenä löytää yhtäläisyyksiä näiden tilanteiden sääolosuhteille. Polanteen muodostumiselle löydettiin suurpiirteiset olosuhteet, joissa sitä todennäköisimmin tapahtuu. Näiden todettujen suureiden keskimääräisten arvojen perusteella rakennettiin polanneindeksi kuvaamaan polanteen muodostumistodennäköisyyttä. Päättely sisällytettiin Ilmatieteen laitoksen tiesäämalliin. Polannepäättelyä kokeiltiin sekä kolmella eri havaintojaksolla että ennusteena ja päättelyn todettiin antavan lisäarvoa polanteenmuodostumisalueiden määrittelyssä. Tämän työn yhteydessä todettiin polanteen muodostumisen havainnoinnissa ja tutkimisessa olevan vielä puutteita. Nykyisin polannetta havainnoidaan manuaalisesti kenttähavainnoista tai silmämääräisesti kelikamerakuvista. Tulevaisuudessa polanteen muodostumisen tutkiminen muuttunee helpommaksi kun polanteen muodostumisen havainnointikäyttöön valjastetaan uudenlaista teknologiaa ja menetelmiä.

Päivittäiset sääennusteet saavat alkunsa tietokoneen numeeristen mallien tuloksena. Säänennustusmallien kehittäminen parantaa ennusteiden lisäksi ymmärtämystä ilmakehän ilmiöistä ja fysiikasta sen taustalla. Eräs heikosti mallinnettu ja tunnettu asia on ollut konvektion käyttäytyminen tropiikissa. On havaittu, että konvektiiviset sateet eivät vastaa havaittua sademäärän vuorokausivaihtelua ja viimeisten vuosien aikana malleja on parannettu tämän suhteen. Tässä pro gradu -tutkielmassa tarkasteltiin onko Euroopan keskipitkien ennusteiden keskuksen OpenIFS -mallin vanhalla ja uudella konvektion viimeistelyn parametrisoinnilla eroa. Tutkielmaan liittyen olen ajanut OpenIFS -mallin uudella ja vanhalla konvektion parametrisoinnilla ja tehnyt herkkyystarkastelun konvektiiviselle aikaskaalalle. Malliajojen tuloksia verrattiin satelliittihavainnon sademäärän vuorokausivaihteluun. Tulosten mukaan uusi konvektion parametrisoinnin viimeistely vastaa paremmin havaintoa pohjoisten keskileveysasteiden maa-alueiden ja tropiikin maa-alueiden osalta huhtikuussa 2014. Konvektion parametrisoinnin erot näiden maa-alueiden osalta tulivat näkyviin sademäärän vuorokausivaihtelussa siten, että vanhan viimeistelyn sateet keskittyvät lähemmäksi aamupäivää ja uuden viimeistelyn sateet keskittyivät lähemmäksi iltapäivää. Iltapäivään keskittyvät sateet vastasivat paremmin satelliittihavaintoa. Eteläisten keskileveysasteiden ja merialueiden osalta vertailua ei voitu tehdä, sillä viimeistelyjen erot sademäärän vuorokausivaihteluissa jäivät pieneksi. Edellä mainittujen koko leveyspiirien kattavien vertailujen lisäksi tein pienemmän pinta-alan tapaustutkimuksia sademäärän vuorokausivaihtelusta ja konvektiivisen aikaskaalan herkkyystarkastelun. Herkkyystarkastelun tuloksena oli se, että konvektiivista aikaskaalaa vaihtamalla uutta viimeistelyä ei voida muuttaa vastaamaan paremmin satelliittihavaintoa.

Tämän pro gradu -tutkielman tavoitteena on selvittää onko säteilysumutilanteiden tunnistaminen mahdollista maston eri korkeuksilta saatavien lämpötila- ja kosteushavaintojen avulla ja tarkastella mahdollisten tunnistettujen säteilysumutapausten elinkaarta. Tutkielmassa käytettävä aineisto koostuu Espoon Kivenlahdessa sijaitsevan tv-maston vuosien 2014-2018 havainnoista ja säteilysumutilanteen tunnistamisen onnistumista arvioidaan Espoon Tapiolan ja Nuuksion sekä Helsinki-Vantaan pintasääasemien näkyvyysmittausten perusteella. Tutkimuksessa valitaan maston kahden alimman mittaustason (2m ja 26m) lämpötila- ja kosteushavainnoille suodatuskriteerit, joiden perusteella löydetään 126 mastohavaintojen nojalla säteilysumuksi tulkittavaa tapausta. Näistä tapauksista 38 täyttää alle 1km näkyvyysehdon jollain pintasääasemalla. Koska pintasääasemat sijaitsevat vaihtelevien etäisyyksien päässä mastosta ja pintasääasemien olosuhteissa on paikallista vaihtelua, työssä analysoidaan näkyvyyssuodatettujen tapausten lisäksi myös kaikkien kriteerit täyttävien tapausten elinkaarta. Aineistoa analysoidaan aritmeettisen keskiarvon ja keskihajonnan avulla. Havaintojen nojalla määriteltyjä säteilysumutapauksia edeltävät meteorologiset olosuhteet ovat samansuuntaiset muualla saatujen aiempien tutkimustulosten kanssa. Ennen sumun muodostumista tuulen nopeus heikkenee, lämpötila laskee ja suhteellinen kosteus kasvaa. Tutkimuksen säteilysumutilanteet jaetaan kasvukorkeuden perusteella paksuihin (korkeus ≥ 26m ) sekä ohuisiin (2m ≤ korkeus < 26m) tapauksiin. Paksuja säteilysumutapauksia löytyy kaikkien (näkyvyyssuodatettujen) tapausten joukosta 58 (25) ja ohuita tapauksia 56 (13). Keskimääräinen tuulen suunta on sekä ohuiden että paksujen tapausten osalta etelästä, joten tuulen suunta ei anna suoraa selitystä säteilysumujen kasvukorkeudelle. Ylempien tasojen kosteusolosuhteet sen sijaan antavat viitteitä sumun kasvukorkeuden kehittymisestä suhteellisen kosteuden ollessa keskimäärin 10 prosenttiyksikköä korkeampi paksujen tapausten kuin ohuiden tapausten kohdalla ylemmillä mittaustasoilla. Maston havaintohistorian (1989-2018) kaikki mittaukset eivät ole tutkimuksen kannalta käyttökelpoisia johtuen muun muassa mittauskorkeuksien vaihtumisesta havaintohistorian aikana. Aineiston havaintojen keskihajonta oli siten kautta linjan melko suuri suppeasta otoskoosta johtuen. Vahvempien johtopäätösten tekemiseksi vaadittaisiin enemmän havaintoja. Lisäksi Kivenlahden mastoon asennettavasta näkyvysmittarista olisi suuri apu sumutilanteiden tarkemman tunnistamisen mahdollistamiseksi, sillä toisaiseksi vaihtelevien etäisyyksien päässä sijaitsevat näkyvyysmittarit eivät anna tarkkaa kuvaa Kivenlahden näkyvyysolosuhteista.

Työssä tarkastellaan ilmakehän sekoituskorkeuden arvioimista eri menetelmin Loviisan ydinvoimalaitoksen läheisyydessä. Sekoituskorkeus on keskeinen parametri arvioitaessa voimalaitokselta ilmaan tapahtuvien radioaktiivisten aineiden leviämistä ilmakehässä sekä niiden vaikutuksia voimalaitoksen lähialueella. Sekoituskorkeus arvioidaan LIDAR-mittausten perusteella sekä Loviisan ydinvoimalaitoksen säähavaintojärjestelmän mittauksista parametrisoimalla aikavälillä 10.4. - 5.6.2015. Käytettävän parametrisointiyhtälön muoto riippuu rajakerroksen stabiiliusolosuhteista. Stabiiliusolosuhteiden erottelu tehdään säähavaintojärjestelmältä saatavan Obukhov-pituuteen perustuvan Pasquill-stabiiliusluokan perusteella. Stabiileissa ja neutraaleissa olosuhteissa parametrisointiyhtälön kertoimet arvioidaan LIDAR-mittausten avulla. Eri menetelmin arvioituja sekoituskorkeuksia verrataan Loviisan ydinvoimalaitoksella käytettyyn Pasquill-stabiiliusluokkaan perustuvaan lähestymistapaan. Työn tulosten mukaan LIDAR-mittauksista saadaan melko harvoin arvio sekoituskorkeudesta ja saantoon liittyy vuorokaudenaikaista vaihtelua. LIDAR-mittausten tulokset eivät myöskään vastaa Pasquill-stabiiliusluokan mukaan labiileissa olosuhteissa parametrisoitua sekoituskorkeutta. Voimakkaan sekoittumisen tilanteissa LIDAR-mittauksien avulla ei pystytty arvioimaan sekoituskorkeutta luotettavasti. Lisäksi Pasquill-stabiiliusluokan mukaan olosuhteet ovat toisinaan labiilit, vaikka ne todellisuudessa ovat neutraalit tai stabiilit. Näiden epävarmuustekijöiden vuoksi sekoituskorkeuden tyypillisestä käyttäytymisestä ei voida tehdä johtopäätöksiä labiileiden tilanteiden osalta. Tulokset osoittavat, että neutraaleissa ja stabiileissa olosuhteissa eri menetelmin arvioidut sekoituskorkeudet käyttäytyvät samaan tapaan Loviisan ydinvoimalaitoksella sovelletun menetelmän kanssa, joskin LIDAR-mittausten ja parametrisointiyhtälön mukaiset sekoituskorkeudet ovat erityisesti neutraaleissa ja lievästi stabiileissa olosuhteissa selvästi matalampia. Tämä on merkittävää, koska rajakerros on Loviisan mittausympäristössä useimmiten likimain neutraalisti kerrostunut. Keväisen mittausjakson tuloksien perusteella Loviisan ydinvoimalaitoksen käyttämä sekoituskorkeuden arviointimenetelmä vaikuttaa yliarvioivan sekoituskorkeutta rantaviivan läheisyydessä stabiileissa ja neutraaleissa olosuhteissa. Mahdollisen vuodenaikaisen vaihtelun selvittämiseksi tulisi tarkastella sekoituskorkeuden käyttäytymistä muina vuodenaikoina tehtyjen LIDAR-mittausten perusteella. Pasquill-stabiiliusluokkiin perustuvia sekoituskorkeusarvioita on syytä tarkentaa, tai vaihtoehtoisesti arvioida sekoituskorkeus jollain toisella menetelmällä. Parametrisointi vaikuttaa työn tulosten perusteella lupaavalta vaihtoehdolta sekoituskorkeuden arvioinnille ainakin neutraaleissa ja stabiileissa olosuhteissa.

Vinterhalkan överraskar årligen både bilister och fotgängare. I Finland besöker omkring 50 000 fotgängare läkare eftersom de halkat som en följd av dåligt väglag. Halkolyckornas sjukkostnader orsakar stora ekonomiska förluster för det finska samhället. Av den orsaken har Meteorologiska institutet (FMI), utgående från FMI:s trafikvädermodell, utvecklat en vädermodell för fotgängare för att minska antalet halkolyckor. Vädermodellens prognos beskriver med hjälp av ett gångindex väglaget på gångvägarna (normalt, halt eller mycket halt). Bristen på friktionsobservationer har försvårat utvecklingsprocessen av vädermodellen. Sedan november 2004 har FMI gett ut vädermeddelanden för fotgängare i hela landet ifall väglaget är eller förutses bli mycket halt. Väglaget är mycket halt för fotgängare ifall en isig yta täcks av ett tunt lager av snö eller vatten. Även en riklig mängd snö som packas ihop, orsakar mycket svåra väglagsförhållanden för fotgängare. Ofta varierar väglaget mycket lokalt, vilket komplicerar utgivandet av vädermeddelanden. Exempelvis på vårvintern då trottoarerna i förorterna fortfarande är täckta av snö och is kan gatorna i innerstaden redan vara bara. I denna studie är mycket hala dagar under vintersäsongerna 2008–2013 undersökta med hjälp av olika väder parametrar och de assisterande meteorologernas väglagsobservationer. De mycket hala dagarna är fastställda utgående från två källor av olycksstatistik: Helsingfors ambulanstransporter och TVL:s (Tapaturmavakuutuslaitosten liitto) fallstatistik. Dagarna är jämförda med FMI:s vädermeddelanden och med vädermodellen för fotgängare. Vaisalas friktionsmätinstruments, DSC111, observationer är även använda i denna studie. Det finns endast två DSC111-mätinstrument som mäter friktionen på trottoarerna, vilket orsakar problem eftersom väglaget ofta är mycket lokalt varierande. Det inträffar flest halkolyckor ifall det har förekommit snöfall, eller ifall medeltemperaturen är omkring eller under noll grader. Vädermodellensprognos är riktgivande men den har ofta svårigheter med att ge en för tidpunkten korrekt prognos angående trottoarernas väglag. I vissa situationer underskattar vädermodellen väglagets halka. Då friktionen drastiskt sjönk i samband med ett snöfall tolkade DSC111-mätintrumentet oftast friktionen korrekt men den underskattade friktionen ifall trottoaren under en längre tid hade varit täckt av snö. Meteorologiska institutet har i jämförelse med halkolycksstatistiken inte lyckats ge ut vädermeddelanden på alla de dagar det skulle ha behövts. Över hälften av vädermeddelandena var utgivna under dagar som på basis av antalet halkolyckor kan anses vara normala. Således förefaller det som om det för närvarande är mycket svårt att göra en korrekt prognos gällande trottoarernas väglag. Orsakerna är det mycket lokalt varierande väglaget, att vädermodellen ännu inte klarar av att förutse de hala väglagen tillräckligt bra och bristen på observationer.

Tässä Pro Gradu -tutkielmassa oli tarkoitus määrittää ne lämpötilan ääriarvojen maksimi ja minimi arvot, jotka ovat vielä fysikaalisesti mahdollisia Suomen ilmastossa. Työssä käytettiin hyväksi kahta eri yksidimensioista ilmakehämallia, 1D-H634 sekä 1D-RCA3. Ensiksi mainittu pohjaa HIRLAM 6.3.4- malliin. Jälkimmäisessä mallissa HIRLAMin pintaprosessit on korvattu ruotsalaisen Rossby-keskuksen RCA3 -mallin fysiikalla. Tutkimukseen otettiin mukaan kaikki kolme luotausasemaa Suomesta (Jokioinen, Jyväskylä ja Sodankylä). Työ aloitettiin poimimalla Ilmatieteen laitoksen ilmastotietokannasta ne ajankohdat, joina kahden metrin lämpötila on ylittänyt kesällä +30°C ja alittanut talvella -35°C. Seuraavaksi etsittiin näitä ajanjaksoja vastaavat luotaustiedot. Luotauksia tutkimalla pyrittiin selvittämään mitkä tekijät vaikuttivat äärilämpötilojen esiintymiseen. Tämän jälkeen nämä luotaustiedot interpoloitiin vastaamaan mallin 40 vertikaalitasoa. Nämä tiedot syötettiin malleille yhdessä päivämäärän, kellonajan sekä koordinaattien kanssa ja tulokseksi saatiin vuorokauden kahden metrin lämpötilakäyrät. Koska yksidimensioiset mallit eivät ota huomioon lämmön advektiota, laskettiin Euroopan keskipitkien sääennusteiden keskuksen (ECMWF) ERA40-uusanalyysien pohjalta kyseisiä ajanhetkiä vastaavat lämmön advektiot. Lisäksi laskettiin keskimääräiset advektion vuorokausirytmit kesällä (kesä-heinä-elo) ja talvella (tammi-helmi). Suomesta saatujen luotaustietojen pohjalta tehtyjen ajojen kahden metrin lämpötilat eivät kesätilanteessa kyenneet ylittämään Turussa vuonna 1914 mitattua lämpötilaennätystä +35,9°C. Verrattaessa kuitenkin malliajojen tuloksia tehtyihin havaintoihin, voitiin kesätilanteissa todeta mallin antavan jopa 5°C lämpimämpiä arvoja kuin kyseisissä tilanteissa on mitattu. Lopuksi päätettiin tehdä malliajo, jossa luotaus otettiin Tallinnan lentoasemalta elokuulta 1992. Tämän luotaustiedon pohjalta tehdyn ajon tulos (+36,4°C) ylitti Suomessa havaitun lämpötilaennätyksen. Talvitilanteissa 1D-H634-malli ei puolestaan kyennyt saavuttamaan Suomen pakkasennätystä (-51,5°C), joka mitattiin Kittilässä vuonna 1999. Mallitetut pakkaslukemat olivat kuitenkin suurimmassa osassa ajoja kireämpiä kuin mitä kyseisten tilanteiden havainnot kertovat. Käytettäessä 1D-RCA3-mallia päästiin pakkasissa -53,8°C:seen ja pakkaslukemat olivat muutenkin paljon alhaisempia verrattuna 1D-H634- mallin tuloksiin.

Työssä tutkitaan epästabiilista ilmamassasta muodostuvaa ja paikallisesti vaikeasti ennustettavissa olevaa konvektiivista säätä. Tapaustutkimus käsittää kolmen vuorokauden jakson Yhdysvalloissa Atlantan Hartsfield-Jackson lentokentän lähestymisalueella heinäkuussa 2016. Tarkoituksena on tutkia, miten konvektiiviset pilvet vaikuttavat lentoliikennevirran kulkuun lähestymisalueella, jossa koneiden lukumäärä on suuri ja liikkumatila rajattua. Tapaustutkimus keskittyy Atlantan lentokenttään, mutta osa tuloksista voidaan yleistää muihin samankokoisiin lentokenttiin, joilla konvektiivinen sää on yleistä. Turvallisuusmääräysten mukaan lentäjien tulisi välttää konvektiiviset alueet vähintään 18 kilometrin etäisyydellä, mutta turvaetäisyyksistä huolimatta konvektiivisen sään läpäisyjä ja etäisyyksien alituksia tapahtuu lähestymisalueella usein. Tapaustutkimuksessa tutkittiin tilanteet, joissa turvaetäisyys lentokoneen ja konvektiivisen sään välillä oli alle 15 kilometriä. Tutkimus toteutettiin mittaamalla konvektiivisten solujen tutkakaikuja ja vertaamalla niitä lentokoneiden sijaintitietoihin. Konvektion raja-arvoksi määritettiin työssä 40 dBZ:n tutkaheijastuvuuden raja-arvo, jonka ylittyessä konvektion katsottiin olevan lentoliikenteelle haitallista. Edellä mainittujen aineistojen lisäksi käytettiin salamahavaintotietoja selvittämään vaikuttaako salamointi säänläpäisyyn. Salamahavaintojen sijaintitiedolla voitiin varmistaa myös salamoivan konvektiivisen pilven sijainti. Konvektiivisen sään läpäisyjä tapahtui tapaustutkimuksen aikana yhteensä 12 kertaa. Kaikki sään läpäisyt tapahtuivat alle 30 kilometrin etäisyydellä lentokentästä, jolloin koneet ovat alttiimmillaan tuuliväänteestä aiheutuville vaaratilanteille. Kauempana lentokentästä, noin 40–70 kilometrin etäisyydellä, kohdattu konvektiivinen sää sen sijaan pääsääntöisesti kierrettiin riippumatta konvektion voimakkuudesta tai laajuudesta. Lentäjien suorittamat väistöliikkeet olivat väistötilanteessa lyhimmillään keskimäärin noin 4–5 kilometrin etäisyydellä 40 dBZ:n tutkakaiuista. Kyseisen etäisyyden voidaan tulkita olevan lentäjien näkemys turvaetäisyydeksi konvektiopilveen. Lentäjien lentokokemuksilla konvektiivisessa säässä lentämiseen on tuloksien kannalta paljon merkitystä. Konvektiopilven läpäisyn todennäköisyys kasvaa, kun lentäjä seuraa edellä olevaa konetta tai kone on aikataulustaan myöhässä. Viime vuosien havaintojen perusteella tarpeettoman konvektiivisen sään läpäisyn kehityssuunta on nousussa, ja lentoliikenteen odotetaan vain kasvavan lähitulevaisuudessa. Kasvava lentoliikenne ja entistä ruuhkaisemmat lähestymisalueet voivat entisestään laskea lentäjän kynnystä lentää konvektiivisten alueiden läpi. Tapaustutkimuksen tutkimusjaksoa tulisi laajentaa huomattavasti, jotta tulokset olisivat luotettavampia ja saatavilla olisi tiedot kaikista tapaustutkimuksen aikana lähestymisalueella lentäneistä lentokoneista.

In the Arctic Ocean both the sea ice extent and the sea ice thickness have decreased dramatically during recent years. This has also most probably caused changes in airmass routes and lead to unusually negative Arctic Oscillation (AO) index especially in winter. It is likely that the aerosol production in the Arctic will increase with the declining sea ice cover. In this study we used a five-year of the aerosol size distribution measurements from the Zeppelin station in Ny-Ålesund, Svalbard. We compared trajectory-, sea ice- and Arctic Oscillation-index (AO-index) data to find out if aerosol size distribution properties over sea ice differ from properties over open sea and also if there are differences between negative AO-index (AO-) and positive AO-index (AO+). We divided the data into four sectors and three seasons (spring, summer, and autumn and winter). During autumn and winter the number concentration distribution is clearly different over open sea than over sea ice. However the sea ice concentration doesn't have an effect to the number concentration. The total number concentration is smaller over open sea (less than 60 cm-3) than over ice (range from 14 to 120 cm-3). During spring, the aerosol number concentration is dominated by the accumulation mode particles. During summer the Aitken mode number concentrations are higher than accumulation mode number concentrations. The lower the AO-index is the bigger the particles are. During summer the number concentration distribution is complete different than during autumn and winter. Differences between AO- and AO+ situations were small. Seasonality was clearly important. It is clear that sea ice has an effect to the aerosol size distribution properties, but it doesn't seem to matter what kind of ice concentration there is. Also the AO-index has an effect to the aerosol size distribution, but weather the AO and sea ice together have an effect to the aerosol properties is not so clear than the effect of the sea ice itself. In the future, when sea ice extent probably is decreasing the open sea situations are going to be more common than sea ice situations. Then it is possible that nucleation mode number concentration increases with the decreasing sea ice.

In recent decades, rapid urbanization together with industrialization has led to an increase in anthropogenic emissions, resulting in high air pollution concentrations and poor air quality particularly in developing countries, such as in China. Due to both the enhanced environmental and severe public health risks poor air quality is causing and the climate impacts of aerosols, it is of great interest to study and understand aerosol particles and their impact on our surroundings. Aerosols affect the radiative properties of the atmosphere and the surface energy balance. The impact of aerosols on the surface radiative fluxes of the urban surface energy balance is widely known, but the impact on the turbulent energy fluxes, which are important components in the energy balance, has until now remained unclear. To extend the knowledge of aerosol impacts on all the energy balance components, a simple urban land surface model (SUEWS) during the period of 2006-2009 is used, together with aerosol data, Aerosol Optical Depth (AOD), received from an AERONET station located in Beijing. With the use of commonly measured meteorological variables together with parameters defined for the study area of 1 km radius around a meteorological tower, the components of the urban surface energy balance are simulated by the model. For further data analysis, the data are divided into thermal seasons and pollutant categories according to the available AOD-data. Extreme polluted conditions are achieved during 24 % for the time of available AOD-data, additionally showing relatively less situations with poor air quality (8 %) in winter compared to 27 % observed in summer. The aim of this study is to analyse how much aerosol particles can modify the different surface energy balance components, particularly focusing on the turbulent fluxes. The model is evaluated against observed turbulent fluxes in the same tower, showing an overestimation of the sensible heat flux and an underestimation and a better model performance of the latent heat flux. Still, the diurnal behaviour of the fluxes is shown to be well reproduced by the model. The behaviour of the modelled components is further investigated, showing a clear monthly variation for almost all the fluxes contributing to the surface energy balance. The behaviour of the total energy balance is in general controlled by the wet (occurring from May to October) and dry periods, distinguishing the climate in Beijing. The sensible heat flux is the dominant flux in March, accounting for 59 % of the available energy, whereas during the wet periods, higher portion of the available energy is consumed by the turbulent latent heat flux (61 % in August). Adding the effect of aerosols, the results clearly show how the net radiative flux is decreased in poor air quality conditions, giving differences of 138 W/m2 in the median flux due to aerosol loading in the atmosphere. The main finding of this study is that aerosols also influence the turbulent fluxes, with largest aerosol impact on the sensible heat flux occurring during thermal spring (66 W/m2 difference between clean and polluted air conditions). Likewise, in summer, when the latent heat flux is the largest contributor for consuming the available energy, the influence of aerosols is most visible (25 W/m2 difference). This study highlights the importance of maintaining measurements of aerosol concentrations and characteristics of the pollutants over urban areas due to their influence not only on the radiative fluxes, but all the components of the surface energy balance, which can further alter the water circulation and give rise to other environmental risks. These findings can therefore be used in urban planning and issues related to water management and air pollution regulations.

The thesis examines the use of a cloud initialization method in which Meteosat satellite observation-derived cloud products are used to adjust the initial post-data assimilation model cloud fields in numerical weather prediction (NWP) models. The method was developed by van der Veen (2013) and uses cloud masks from Meteosat geostationary weather satellites together with surface-based cloud base height observations to improve the initial clouds, and through them the cloud forecast. Initially developed with HIRLAM, a short-range NWP model, it has later been used with nowcasting-range NWP models based on the HIRLAM and HARMONIE-AROME NWP models. Distinguishing features of nowcasting NWP models and the use of satellite data in NWP models are discussed. The cloud initialization method and later changes to it are described, and the effect of the method on the quality of cloud forecasts is examined. New verification scores for the current pre-operational MetCoOp-Nowcasting (MNWC) model, which includes the latest version of the cloud initialization method, are examined for the months of June and September 2020. The primary weather parameter verified was cloud cover, but other key parameters are also discussed. The results of the pre-operational MNWC were promising, due to monthly-average cloud cover biases being reduced. MNWC scored higher than the reference model in forecasting cloud-free and mostly cloud-free situations in particular, but some improvements were also seen for situations with denser cloud cover. Results for other model fields were mixed. Further verification of the MNWC model is needed. In the future, there is high potential for the further development of the method, with ongoing development of HARMONIE-AROME, the cloud initialization method, the cloud products’ algorithms, and as the next generation of Meteosat satellites enters operational use in the next few years.