सामान्य परिसंचरण और पृथ्वी प्रणाली मॉडल

ये व्यापक संख्यात्मक मॉडल हैं जो युग्मित वायुमंडल, महासागर, भूमि और बर्फ का अनुकरण करते हैं, और कार्बन चक्र तथा जैव-भू-रसायन विज्ञान तक तेजी से विस्तारित हो रहे हैं।

Definition

एक सामान्य परिसंचरण मॉडल वैश्विक ग्रिड पर शासी भौतिक समीकरणों को संख्यात्मक रूप से हल करके वायुमंडल और महासागर के बड़े पैमाने के परिसंचरण और जलवायु का अनुकरण करता है, और एक पृथ्वी प्रणाली मॉडल कार्बन चक्र जैसे जैव-भू-रासायनिक घटकों को संवादात्मक रूप से शामिल करके इसे विस्तारित करता है।

Scope

यह विषय सबसे व्यापक जलवायु मॉडलों को शामिल करता है: वायुमंडल-महासागर सामान्य परिसंचरण मॉडल जो वैश्विक ग्रिड पर द्रव गति और ऊष्मागतिकी के समीकरणों को हल करते हैं, और पृथ्वी प्रणाली मॉडल जो संवादात्मक कार्बन, रसायन विज्ञान, वनस्पति और बर्फ-शीट घटकों को जोड़ते हैं। यह उनके गतिशील कोर, घटकों के युग्मन, उपग्रिड प्रक्रियाओं के प्राचलीकरण, संकल्प और जटिलता के व्यापार-बंद, और उन्हें चलाने की कम्प्यूटेशनल मांगों पर चर्चा करता है।

Core questions

• सामान्य परिसंचरण मॉडल वायुमंडल और महासागर के समीकरणों को कैसे हल करते हैं?
• घटकों को एक एकल पृथ्वी प्रणाली मॉडल में कैसे युग्मित किया जाता है?
• जटिलता बनाम संकल्प जोड़ने से क्या लाभ और हानि होती है?
• कौन से कम्प्यूटेशनल और संरचनात्मक विकल्प मॉडल व्यवहार को आकार देते हैं?

Key theories

आदिम-समीकरण गतिशील कोर

सामान्य परिसंचरण मॉडल द्रव-गतिकीय और ऊष्मागतिकीय नियमों के सरलीकृत रूपों, आदिम समीकरणों को एकीकृत करते हैं, ताकि वायुमंडल और महासागर के विकसित होते त्रि-आयामी परिसंचरण का अनुकरण किया जा सके।

युग्मित पृथ्वी प्रणाली प्रतिनिधित्व

पृथ्वी प्रणाली मॉडल भौतिक जलवायु घटकों को संवादात्मक कार्बन, रसायन विज्ञान और वनस्पति के साथ युग्मित करते हैं ताकि उनके बीच की प्रतिक्रियाएं, जैसे कार्बन-चक्र प्रतिक्रियाएं, अनुकरण से उत्पन्न हों।

Mechanisms

एक गतिशील कोर हवाओं, तापमानों और धाराओं की गणना के लिए वैश्विक ग्रिड पर आदिम समीकरणों को आगे बढ़ाता है, जबकि भौतिकी मॉड्यूल विकिरण, बादलों, संवहन और सतह विनिमय को प्राचलीकृत करते हैं। वायुमंडल, महासागर, समुद्री बर्फ और भूमि घटक इस प्रकार युग्मित होते हैं कि वे ऊर्जा, पानी और गति के प्रवाह का आदान-प्रदान करते हैं, और पृथ्वी प्रणाली मॉडल अतिरिक्त रूप से कार्बन, रसायन विज्ञान और वनस्पति का अनुकरण करते हैं ताकि जैव-भू-रासायनिक प्रतिक्रियाएं संवादात्मक रूप से उत्पन्न हों, यह सब पर्याप्त कम्प्यूटेशनल लागत पर होता है।

Clinical relevance

ये मॉडल भविष्य की जलवायु का अनुमान लगाने, पिछली जलवायु का अनुकरण करने और समन्वित प्रयोगों को चलाने के लिए मुख्य उपकरण हैं जो IPCC आकलन और राष्ट्रीय जलवायु नियोजन का आधार बनते हैं।

History

पहले सामान्य परिसंचरण मॉडल 1960 के दशक में प्रिंसटन की भूभौतिकीय द्रव गतिशीलता प्रयोगशाला जैसे संस्थानों में उभरे, मनाबे और वेदरल्ड ने 1975 में पहला त्रि-आयामी कार्बन-डाइऑक्साइड-दुगुना करने का प्रयोग किया, और बाद के दशकों में युग्मित महासागरों, समुद्री बर्फ, और अंततः आधुनिक पृथ्वी प्रणाली मॉडलों के संवादात्मक कार्बन चक्र को जोड़ा गया।

Debates

संकल्प बनाम जटिलता

क्या सीमित कंप्यूटिंग को बादलों और भंवरों को हल करने के लिए उच्च संकल्प पर बेहतर खर्च किया जाता है या पृथ्वी प्रणाली घटकों को जोड़ने पर, यह मॉडल विकास में एक सतत रणनीतिक बहस है।

Key figures

• Syukuro Manabe
• Warren Washington
• Akio Arakawa
• Joseph Smagorinsky

Seminal works

• manabewetherald1975
• mcguffie2014

Frequently asked questions

GCM और पृथ्वी प्रणाली मॉडल में क्या अंतर है?

एक सामान्य परिसंचरण मॉडल भौतिक वायुमंडल और महासागर का अनुकरण करता है, जबकि एक पृथ्वी प्रणाली मॉडल संवादात्मक घटक जैसे कार्बन चक्र, रसायन विज्ञान और वनस्पति को जोड़ता है।

जलवायु मॉडलों को सुपरकंप्यूटर की आवश्यकता क्यों होती है?

वे लाखों ग्रिड बिंदुओं पर और लंबी सिमुलेशन में कई समय चरणों में भौतिक समीकरणों को हल करते हैं, जिसके लिए विशेष रूप से उच्च संकल्प पर भारी कंप्यूटिंग शक्ति की आवश्यकता होती है।