Prakiraan Cuaca Numerik

Prakiraan cuaca numerik memprakirakan atmosfer dengan menyelesaikan persamaan-persamaan pengaturnya pada komputer, memajukan simulasi udara, kelembaban, dan energi titik demi titik dari keadaan awal yang teramati.

Definition

Prakiraan cuaca numerik adalah praktik memprakirakan cuaca dengan mengintegrasikan secara numerik persamaan-persamaan diskretisasi gerak atmosfer dan termodinamika maju dalam waktu dari keadaan awal yang dianalisis.

Scope

Topik ini mencakup formulasi model atmosfer untuk prakiraan: diskretisasi persamaan primitif ke dalam kisi atau basis spektral, inti dinamis yang memajukan aliran yang terpecahkan, parameterisasi yang merepresentasikan proses yang tidak terpecahkan seperti konveksi, awan, radiasi, dan turbulensi, serta resolusi dan pertimbangan komputasi yang terlibat.

Core questions

• Bagaimana persamaan-persamaan pengatur kontinu diubah menjadi model yang dapat dihitung?
• Apa itu inti dinamis dan bagaimana ia memajukan aliran yang terpecahkan?
• Bagaimana proses yang tidak terpecahkan seperti konveksi dan radiasi diparameterisasi?
• Bagaimana resolusi kisi dan stabilitas numerik membatasi prakiraan?

Key theories

Pemodelan persamaan primitif

Model prakiraan operasional mengintegrasikan persamaan primitif, bentuk hidrostatik dan tersaring dari hukum fluida dan termodinamika, yang didiskretisasi dalam ruang dan waktu untuk memajukan suhu, angin, tekanan, dan kelembaban.

Parameterisasi fisik

Proses yang terlalu kecil untuk dipecahkan pada kisi model, seperti konveksi kumulus, mikrofisika awan, radiasi, dan turbulensi lapisan batas, direpresentasikan oleh skema parameterisasi yang memperkirakan efek bersihnya dari variabel yang terpecahkan.

Mechanisms

Model numerik merepresentasikan atmosfer berdasarkan nilai-nilainya pada titik-titik kisi diskrit atau koefisien spektral dan memajukannya dengan metode beda hingga, volume hingga, atau spektral, tunduk pada batas stabilitas yang menghubungkan langkah waktu dengan jarak kisi. Inti dinamis menangani adveksi, gradien tekanan, dan efek Coriolis, sementara parameterisasi menyediakan kecenderungan dari konveksi, awan, radiasi, fluks permukaan, dan turbulensi yang tidak dapat dipecahkan oleh kisi. Resolusi yang lebih tinggi menangkap lebih banyak fenomena tetapi melipatgandakan biaya komputasi.

Clinical relevance

Prakiraan cuaca numerik adalah mesin dari prakiraan operasional modern, menyediakan panduan di balik prakiraan publik, penerbangan, maritim, dan cuaca buruk; kemajuan dalam resolusi model dan fisika telah secara stabil memperluas keterampilan prakiraan dan sekarang juga mendukung proyeksi iklim dan prakiraan lingkungan.

History

Richardson membuat sketsa prakiraan numerik secara manual pada tahun 1920-an dengan keberhasilan terbatas; bidang ini menjadi praktis ketika Charney, Fjortoft, dan von Neumann menghasilkan prakiraan komputer pertama dari persamaan vortisitas barotropik pada ENIAC sekitar tahun 1950, setelah itu model berkembang dari sistem persamaan primitif satu lapis menjadi multi-level dengan fisika yang semakin canggih.

Key figures

• Lewis Fry Richardson
• Jule Charney
• John von Neumann
• Norman Phillips

Seminal works

• kalnay2003
• charney1950

Frequently asked questions

Apa perbedaan antara model cuaca dan prakiraan?

Model cuaca adalah program komputer yang menyelesaikan persamaan atmosfer; prakiraan adalah keluaran yang dihasilkannya untuk suatu jalankan tertentu, yang kemudian diinterpretasikan oleh seorang meteorolog, seringkali bersama dengan model lain, sebelum mengeluarkan prediksi.

Mengapa model harus memparameterisasi beberapa proses?

Proses-proses penting seperti awan individu dan pusaran turbulen jauh lebih kecil daripada jarak kisi model, sehingga tidak dapat dipecahkan secara langsung; parameterisasi memperkirakan efek kolektifnya pada aliran skala yang terpecahkan.