Previsão Numérica do Tempo

A previsão numérica do tempo prevê a atmosfera resolvendo suas equações governantes em um computador, avançando o ar simulado, a umidade e a energia ponto a ponto da grade a partir de um estado inicial observado.

Definition

A previsão numérica do tempo é a prática de prever o tempo integrando numericamente as equações discretizadas do movimento atmosférico e da termodinâmica para frente no tempo a partir de um estado inicial analisado.

Scope

Este tópico abrange a formulação de modelos atmosféricos para previsão: a discretização das equações primitivas em grades ou bases espectrais, o núcleo dinâmico que avança o fluxo resolvido, as parametrizações que representam processos não resolvidos, como convecção, nuvens, radiação e turbulência, e a resolução e as compensações computacionais envolvidas.

Core questions

• Como as equações governantes contínuas são transformadas em um modelo computável?
• O que é um núcleo dinâmico e como ele avança o fluxo resolvido?
• Como processos não resolvidos, como convecção e radiação, são parametrizados?
• Como a resolução da grade e a estabilidade numérica restringem as previsões?

Key theories

Modelagem de equações primitivas

Os modelos de previsão operacional integram as equações primitivas, a forma hidrostática e filtrada das leis fluidas e termodinâmicas, discretizadas no espaço e no tempo para avançar temperatura, vento, pressão e umidade.

Parametrização física

Processos muito pequenos para serem resolvidos na grade do modelo, como convecção cumulus, microfísica de nuvens, radiação e turbulência da camada limite, são representados por esquemas de parametrização que estimam seu efeito líquido a partir das variáveis resolvidas.

Mechanisms

Um modelo numérico representa a atmosfera por seus valores em pontos de grade discretos ou coeficientes espectrais e os avança com métodos de diferenças finitas, volumes finitos ou espectrais, sujeitos a limites de estabilidade que ligam o passo de tempo ao espaçamento da grade. O núcleo dinâmico lida com advecção, gradiente de pressão e efeitos de Coriolis, enquanto as parametrizações fornecem as tendências de convecção, nuvens, radiação, fluxos de superfície e turbulência que a grade não consegue resolver. Uma resolução mais alta captura mais fenômenos, mas multiplica o custo computacional.

Clinical relevance

A previsão numérica do tempo é o motor da previsão operacional moderna, fornecendo a orientação por trás das previsões públicas, de aviação, marítimas e de tempo severo; os avanços na resolução e na física dos modelos estenderam continuamente a habilidade de previsão e agora também apoiam a projeção climática e a previsão ambiental.

History

Richardson esboçou a previsão numérica à mão na década de 1920 com sucesso limitado; o campo tornou-se prático quando Charney, Fjortoft e von Neumann produziram a primeira previsão computadorizada da equação de vorticidade barotrópica no ENIAC por volta de 1950, após o que os modelos cresceram de sistemas de camada única para sistemas de equações primitivas de múltiplos níveis com física cada vez mais sofisticada.

Key figures

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

Seminal works

• kalnay2003
• charney1950

Frequently asked questions

Qual é a diferença entre um modelo meteorológico e uma previsão?

Um modelo meteorológico é o programa de computador que resolve as equações atmosféricas; uma previsão é o resultado que ele produz para uma execução específica, que um meteorologista então interpreta, muitas vezes junto com outros modelos, antes de emitir uma predição.

Por que os modelos precisam parametrizar alguns processos?

Processos importantes, como nuvens individuais e redemoinhos turbulentos, são muito menores do que o espaçamento da grade de um modelo, então eles não podem ser resolvidos diretamente; as parametrizações estimam seu efeito coletivo no fluxo em escala resolvida.