التنبؤ العددي بالطقس
يتنبأ التنبؤ العددي بالطقس بالغلاف الجوي عن طريق حل معادلاته الحاكمة على جهاز حاسوب، مع تتبع الهواء المحاكى والرطوبة والطاقة إلى الأمام نقطة شبكية تلو الأخرى من حالة بداية مرصودة.
Definition
التنبؤ العددي بالطقس هو ممارسة التنبؤ بالطقس عن طريق التكامل العددي للمعادلات المقطعة للحركة الجوية والديناميكا الحرارية إلى الأمام في الزمن من حالة أولية محللة.
Scope
يغطي هذا الموضوع صياغة النماذج الجوية للتنبؤ: تقطيع المعادلات البدائية إلى شبكات أو أسس طيفية، والنواة الديناميكية التي تدفع التدفق المحلول، والمعلمات التي تمثل العمليات غير المحلولة مثل الحمل الحراري، والسحب، والإشعاع، والاضطراب، والدقة والمقايضات الحسابية المتضمنة.
Core questions
- كيف تتحول المعادلات الحاكمة المستمرة إلى نموذج قابل للحساب؟
- ما هي النواة الديناميكية وكيف تدفع التدفق المحلول؟
- كيف تتم معالجة العمليات غير المحلولة مثل الحمل الحراري والإشعاع؟
- كيف تقيد دقة الشبكة والاستقرار العددي التنبؤات؟
Key theories
- نمذجة المعادلات البدائية
- تدمج نماذج التنبؤ التشغيلية المعادلات البدائية، وهي الشكل الهيدروستاتيكي والمرشح لقوانين السوائل والديناميكا الحرارية، المقطعة في الزمان والمكان لتقدم درجة الحرارة، والرياح، والضغط، والرطوبة.
- المعالجة الفيزيائية
- العمليات الأصغر من أن تُحل على شبكة النموذج، مثل الحمل الحراري الركامي، والفيزياء الدقيقة للسحب، والإشعاع، واضطراب الطبقة الحدودية، يتم تمثيلها بواسطة مخططات معالجة تقدر تأثيرها الصافي من المتغيرات المحلولة.
Mechanisms
يمثل النموذج العددي الغلاف الجوي بقيمه عند نقاط شبكية منفصلة أو معاملات طيفية ويتقدم بها باستخدام طرق الفروق المحدودة، أو الحجم المحدود، أو الطرق الطيفية، مع مراعاة حدود الاستقرار التي تربط الخطوة الزمنية بتباعد الشبكة. تتعامل النواة الديناميكية مع تأثيرات الحمل، وتدرج الضغط، وكوريوليس، بينما توفر المعلمات الاتجاهات من الحمل الحراري، والسحب، والإشعاع، والتدفقات السطحية، والاضطراب التي لا تستطيع الشبكة حلها. تلتقط الدقة الأعلى المزيد من الظواهر ولكنها تضاعف التكلفة الحسابية.
Clinical relevance
التنبؤ العددي بالطقس هو المحرك للتنبؤ التشغيلي الحديث، حيث يوفر الإرشادات وراء توقعات الجمهور، والطيران، والبحرية، والطقس القاسي؛ وقد أدت التطورات في دقة النموذج وفيزيائه إلى توسيع مهارة التنبؤ بشكل مطرد وتدعم الآن أيضًا إسقاط المناخ والتنبؤ البيئي.
History
رسم ريتشاردسون التنبؤ العددي يدويًا في عشرينيات القرن الماضي بنجاح محدود؛ وأصبح المجال عمليًا عندما أنتج تشارني، وفيورتوفت، وفون نيومان أول تنبؤ حاسوبي لمعادلة الدوامية الباروتروبية على ENIAC حوالي عام 1950، وبعد ذلك نمت النماذج من أنظمة أحادية الطبقة إلى أنظمة معادلات بدائية متعددة المستويات بفيزياء أكثر تعقيدًا باستمرار.
Key figures
- Lewis Fry Richardson
- Jule Charney
- John von Neumann
- Norman Phillips
Related topics
Seminal works
- kalnay2003
- charney1950
Frequently asked questions
- ما الفرق بين نموذج الطقس والتنبؤ؟
- نموذج الطقس هو برنامج الحاسوب الذي يحل المعادلات الجوية؛ والتنبؤ هو المخرجات التي ينتجها لتشغيل معين، والتي يفسرها خبير الأرصاد الجوية بعد ذلك، غالبًا جنبًا إلى جنب مع نماذج أخرى، قبل إصدار التنبؤ.
- لماذا يجب على النماذج أن تعالج بعض العمليات؟
- العمليات الهامة مثل السحب الفردية والدوامات المضطربة أصغر بكثير من تباعد شبكة النموذج، لذلك لا يمكن حلها مباشرة؛ وتقدر المعالجات تأثيرها الجماعي على التدفق على النطاق المحلول بدلاً من ذلك.