پیشبینی عددی آب و هوا
پیشبینی عددی آب و هوا، اتمسفر را با حل معادلات حاکم بر آن روی یک کامپیوتر، و پیشبردن هوای شبیهسازیشده، رطوبت و انرژی نقطه به نقطه از یک حالت اولیه مشاهدهشده، پیشبینی میکند.
Definition
پیشبینی عددی آب و هوا، عمل پیشبینی آب و هوا با انتگرالگیری عددی معادلات گسستهشده حرکت اتمسفری و ترمودینامیک در طول زمان از یک حالت اولیه تحلیلشده است.
Scope
این موضوع شامل فرمولبندی مدلهای اتمسفری برای پیشبینی است: گسستهسازی معادلات اولیه روی شبکهها یا پایههای طیفی، هسته دینامیکی که جریان حلشده را پیش میبرد، پارامتریسازیهایی که فرآیندهای حلنشده مانند همرفت، ابرها، تابش و تلاطم را نشان میدهند، و وضوح و مبادلات محاسباتی درگیر.
Core questions
- چگونه معادلات حاکم پیوسته به یک مدل قابل محاسبه تبدیل میشوند؟
- هسته دینامیکی چیست و چگونه جریان حلشده را پیش میبرد؟
- چگونه فرآیندهای حلنشده مانند همرفت و تابش پارامتریسازی میشوند؟
- چگونه وضوح شبکه و پایداری عددی پیشبینیها را محدود میکنند؟
Key theories
- مدلسازی معادله اولیه
- مدلهای پیشبینی عملیاتی، معادلات اولیه، شکل هیدرواستاتیک و فیلترشده قوانین سیالات و ترمودینامیک را که در فضا و زمان برای پیشبرد دما، باد، فشار و رطوبت گسستهسازی شدهاند، یکپارچه میکنند.
- پارامتریسازی فیزیکی
- فرآیندهایی که برای حل شدن در شبکه مدل بسیار کوچک هستند، مانند همرفت کومولوس، ریزفیزیک ابر، تابش و تلاطم لایه مرزی، با طرحهای پارامتریسازی نشان داده میشوند که اثر خالص آنها را از متغیرهای حلشده تخمین میزنند.
Mechanisms
یک مدل عددی اتمسفر را با مقادیر آن در نقاط شبکه گسسته یا ضرایب طیفی نشان میدهد و آنها را با روشهای تفاضل محدود، حجم محدود یا طیفی پیش میبرد، مشروط به محدودیتهای پایداری که گام زمانی را به فاصله شبکه مرتبط میکند. هسته دینامیکی، اثرات جابجایی، گرادیان فشار و کوریولیس را مدیریت میکند، در حالی که پارامتریسازیها تمایلات ناشی از همرفت، ابرها، تابش، شار سطحی و تلاطم را که شبکه نمیتواند حل کند، فراهم میکنند. وضوح بالاتر پدیدههای بیشتری را به تصویر میکشد اما هزینه محاسباتی را چند برابر میکند.
Clinical relevance
پیشبینی عددی آب و هوا موتور محرک پیشبینی عملیاتی مدرن است که راهنماییهای لازم را برای پیشبینیهای عمومی، هوانوردی، دریایی و آب و هوای شدید فراهم میکند؛ پیشرفتها در وضوح مدل و فیزیک به طور پیوسته مهارت پیشبینی را افزایش داده و اکنون از پیشبینی اقلیم و پیشبینی محیطی نیز پشتیبانی میکند.
History
ریچاردسون در دهه ۱۹۲۰ پیشبینی عددی را به صورت دستی و با موفقیت محدود ترسیم کرد؛ این حوزه زمانی عملی شد که چارنی، فیورتوفت و فون نویمان اولین پیشبینی کامپیوتری معادله ورتیسیته باروتروپیک را روی ENIAC در حدود سال ۱۹۵۰ تولید کردند، پس از آن مدلها از سیستمهای تکلایه به سیستمهای چندلایه معادله اولیه با فیزیک پیچیدهتر تبدیل شدند.
Key figures
- Lewis Fry Richardson
- Jule Charney
- John von Neumann
- Norman Phillips
Related topics
Seminal works
- kalnay2003
- charney1950
Frequently asked questions
- تفاوت بین مدل آب و هوا و پیشبینی چیست؟
- مدل آب و هوا برنامه کامپیوتری است که معادلات اتمسفری را حل میکند؛ پیشبینی خروجی است که برای یک اجرای خاص تولید میکند، که سپس یک هواشناس آن را، اغلب در کنار مدلهای دیگر، قبل از صدور پیشبینی تفسیر میکند.
- چرا مدلها باید برخی فرآیندها را پارامتریسازی کنند؟
- فرآیندهای مهمی مانند ابرهای منفرد و گردابههای آشفته بسیار کوچکتر از فاصله شبکه مدل هستند، بنابراین نمیتوان آنها را مستقیماً حل کرد؛ پارامتریسازیها به جای آن، اثر جمعی آنها را بر جریان در مقیاس حلشده تخمین میزنند.