نماذج الدوران العام ونماذج نظام الأرض
النماذج العددية الشاملة التي تحاكي الغلاف الجوي والمحيطات واليابسة والجليد المتصلة، والتي تتوسع بشكل متزايد لتشمل دورة الكربون والكيمياء الحيوية الأرضية.
Definition
يحاكي نموذج الدوران العام الدوران واسع النطاق ومناخ الغلاف الجوي والمحيطات عن طريق الحل العددي للمعادلات الفيزيائية الحاكمة على شبكة عالمية، ويوسع نموذج نظام الأرض هذا ليشمل مكونات كيميائية حيوية تفاعلية مثل دورة الكربون.
Scope
يغطي هذا الموضوع نماذج المناخ الأكثر شمولاً: نماذج الدوران العام للغلاف الجوي والمحيطات التي تحل معادلات حركة السوائل والديناميكا الحرارية على شبكة عالمية، ونماذج نظام الأرض التي تضيف مكونات تفاعلية للكربون والكيمياء والنباتات والصفائح الجليدية. ويتناول هذا الموضوع النوى الديناميكية لهذه النماذج، وربط المكونات، ووضع معلمات للعمليات تحت الشبكة، والمقايضات بين الدقة والتعقيد، والمتطلبات الحسابية لتشغيلها.
Core questions
- كيف تحل نماذج الدوران العام معادلات الغلاف الجوي والمحيطات؟
- كيف يتم ربط المكونات في نموذج واحد لنظام الأرض؟
- ما الذي يتم كسبه وما الذي يتم فقده بإضافة التعقيد مقابل الدقة؟
- ما هي الخيارات الحسابية والهيكلية التي تشكل سلوك النموذج؟
Key theories
- النواة الديناميكية للمعادلات البدائية
- تدمج نماذج الدوران العام المعادلات البدائية، وهي أشكال مبسطة من قوانين ديناميكا السوائل والديناميكا الحرارية، لمحاكاة الدوران ثلاثي الأبعاد المتطور للغلاف الجوي والمحيطات.
- تمثيل نظام الأرض المقترن
- تربط نماذج نظام الأرض مكونات المناخ الفيزيائي مع الكربون والكيمياء والنباتات التفاعلية بحيث تنشأ التغذية الراجعة بينها، مثل التغذية الراجعة لدورة الكربون، من المحاكاة.
Mechanisms
تقوم النواة الديناميكية بتقديم المعادلات البدائية على شبكة عالمية لحساب الرياح ودرجات الحرارة والتيارات، بينما تقوم وحدات الفيزياء بوضع معلمات للإشعاع والسحب والحمل الحراري والتبادلات السطحية. يتم ربط مكونات الغلاف الجوي والمحيطات والجليد البحري واليابسة بحيث تتبادل تدفقات الطاقة والمياه والزخم، وتحاكي نماذج نظام الأرض بالإضافة إلى ذلك الكربون والكيمياء والنباتات بحيث تنشأ التغذية الراجعة الكيميائية الحيوية بشكل تفاعلي، وكل ذلك بتكلفة حسابية كبيرة.
Clinical relevance
هذه النماذج هي الأدوات الرئيسية للتنبؤ بالمناخ المستقبلي، ومحاكاة المناخات الماضية، وإجراء التجارب المنسقة التي تدعم تقييمات الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) والتخطيط المناخي الوطني.
History
ظهرت أولى نماذج الدوران العام في مؤسسات مثل مختبر ديناميكيات السوائل الجيوفيزيائية في برينستون في الستينيات، وأنتج مانابي وويذرالد أول تجربة ثلاثية الأبعاد لمضاعفة ثاني أكسيد الكربون في عام 1975، وأضافت العقود المتعاقبة محيطات مقترنة، وجليدًا بحريًا، وفي النهاية دورة الكربون التفاعلية لنماذج نظام الأرض الحديثة.
Debates
- الدقة مقابل التعقيد
- ما إذا كان من الأفضل إنفاق القدرة الحاسوبية المحدودة على دقة أعلى لحل السحب والدوامات أو على إضافة مكونات نظام الأرض هو نقاش استراتيجي مستمر في تطوير النماذج.
Key figures
- Syukuro Manabe
- Warren Washington
- Akio Arakawa
- Joseph Smagorinsky
Related topics
Seminal works
- manabewetherald1975
- mcguffie2014
Frequently asked questions
- ما الفرق بين نموذج الدوران العام (GCM) ونموذج نظام الأرض؟
- يحاكي نموذج الدوران العام الغلاف الجوي والمحيطات الفيزيائية، بينما يضيف نموذج نظام الأرض مكونات تفاعلية مثل دورة الكربون والكيمياء والنباتات.
- لماذا تحتاج نماذج المناخ إلى حواسيب عملاقة؟
- إنها تحل المعادلات الفيزيائية عند ملايين النقاط الشبكية والعديد من الخطوات الزمنية على مدى محاكاة طويلة، مما يتطلب قوة حاسوبية هائلة، خاصة عند الدقة العالية.