Model Sirkulasi Umum dan Sistem Bumi

Model numerik komprehensif yang mensimulasikan atmosfer, lautan, daratan, dan es yang saling terkait, semakin diperluas ke siklus karbon dan biogeokimia.

Definition

Model sirkulasi umum mensimulasikan sirkulasi skala besar dan iklim atmosfer dan lautan dengan menyelesaikan secara numerik persamaan fisik yang mengatur pada kisi global, dan model sistem Bumi memperluas ini dengan secara interaktif memasukkan komponen biogeokimia seperti siklus karbon.

Scope

Topik ini mencakup model iklim paling komprehensif: model sirkulasi umum atmosfer-lautan yang menyelesaikan persamaan gerak fluida dan termodinamika pada kisi global, dan model sistem Bumi yang menambahkan komponen karbon, kimia, vegetasi, dan lapisan es interaktif. Ini membahas inti dinamisnya, penggandengan komponen, parameterisasi proses subgrid, pertukaran resolusi dan kompleksitas, serta tuntutan komputasi untuk menjalankannya.

Core questions

• Bagaimana model sirkulasi umum menyelesaikan persamaan atmosfer dan lautan?
• Bagaimana komponen-komponen digabungkan menjadi satu model sistem Bumi?
• Apa yang diperoleh dan hilang dengan menambahkan kompleksitas versus resolusi?
• Pilihan komputasi dan struktural apa yang membentuk perilaku model?

Key theories

Inti dinamis persamaan primitif

Model sirkulasi umum mengintegrasikan persamaan primitif, bentuk sederhana dari hukum fluida-dinamis dan termodinamika, untuk mensimulasikan sirkulasi tiga dimensi atmosfer dan lautan yang berkembang.

Representasi sistem Bumi yang digabungkan

Model sistem Bumi menggabungkan komponen iklim fisik dengan karbon, kimia, dan vegetasi interaktif sehingga umpan balik di antara mereka, seperti umpan balik siklus karbon, muncul dari simulasi.

Mechanisms

Inti dinamis memajukan persamaan primitif pada kisi global untuk menghitung angin, suhu, dan arus, sementara modul fisika memparameterisasi radiasi, awan, konveksi, dan pertukaran permukaan. Komponen atmosfer, lautan, es laut, dan daratan digabungkan sehingga mereka bertukar fluks energi, air, dan momentum, dan model sistem Bumi juga mensimulasikan karbon, kimia, dan vegetasi sehingga umpan balik biogeokimia muncul secara interaktif, semuanya dengan biaya komputasi yang substansial.

Clinical relevance

Model-model ini adalah tulang punggung untuk memproyeksikan iklim masa depan, mensimulasikan iklim masa lalu, dan menjalankan eksperimen terkoordinasi yang mendasari penilaian IPCC dan perencanaan iklim nasional.

History

Model sirkulasi umum pertama muncul di institusi seperti Geophysical Fluid Dynamics Laboratory Princeton pada tahun 1960-an, Manabe dan Wetherald menghasilkan eksperimen penggandaan karbon dioksida tiga dimensi pertama pada tahun 1975, dan dekade-dekade berikutnya menambahkan lautan yang digabungkan, es laut, dan akhirnya siklus karbon interaktif dari model sistem Bumi modern.

Debates

Resolusi versus kompleksitas

Apakah komputasi terbatas lebih baik dihabiskan untuk resolusi yang lebih tinggi untuk menyelesaikan awan dan pusaran atau untuk menambahkan komponen sistem Bumi adalah perdebatan strategis yang sedang berlangsung dalam pengembangan model.

Key figures

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

Seminal works

• manabewetherald1975
• mcguffie2014

Frequently asked questions

Apa perbedaan antara GCM dan model sistem Bumi?

Model sirkulasi umum mensimulasikan atmosfer dan lautan fisik, sementara model sistem Bumi menambahkan komponen interaktif seperti siklus karbon, kimia, dan vegetasi.

Mengapa model iklim membutuhkan superkomputer?

Mereka menyelesaikan persamaan fisik pada jutaan titik kisi dan banyak langkah waktu selama simulasi panjang, yang membutuhkan daya komputasi yang sangat besar, terutama pada resolusi tinggi.