Sayısal Hava Tahmini
Sayısal hava tahmini, atmosferi yöneten denklemleri bir bilgisayar üzerinde çözerek, gözlemlenen bir başlangıç durumundan itibaren simüle edilmiş hava, nem ve enerjiyi ızgara noktası bazında ileriye doğru taşıyarak tahmin etmektedir.
Tanım
Sayısal hava tahmini, atmosferik hareket ve termodinamiğin ayrıştırılmış denklemlerini analiz edilmiş bir başlangıç durumundan itibaren zaman içinde sayısal olarak entegre ederek hava tahmini yapma pratiğidir.
Kapsam
Bu konu, tahmin için atmosferik modellerin formülasyonunu kapsamaktadır: ilkel denklemlerin ızgaralara veya spektral tabanlara ayrıştırılması, çözümlenmiş akışı ilerleten dinamik çekirdek, konveksiyon, bulutlar, radyasyon ve türbülans gibi çözümlenemeyen süreçleri temsil eden parametrizasyonlar ve ilgili çözünürlük ile hesaplama maliyeti dengeleri incelenmektedir.
Temel sorular
- Sürekli yönetici denklemler nasıl hesaplanabilir bir modele dönüştürülmektedir?
- Dinamik çekirdek nedir ve çözümlenmiş akışı nasıl ilerletmektedir?
- Konveksiyon ve radyasyon gibi çözümlenemeyen süreçler nasıl parametreleştirilmektedir?
- Izgara çözünürlüğü ve sayısal kararlılık tahminleri nasıl kısıtlamaktadır?
Temel kuramlar
- İlkel Denklem Modellemesi
- Operasyonel tahmin modelleri, sıcaklık, rüzgar, basınç ve nemi ilerletmek için uzayda ve zamanda ayrıştırılmış, akışkan ve termodinamik yasaların hidrostatik ve filtrelenmiş formu olan ilkel denklemleri entegre etmektedir.
- Fiziksel Parametrizasyon
- Model ızgarasında çözülemeyecek kadar küçük olan kümülüs konveksiyonu, bulut mikrofiği, radyasyon ve sınır tabakası türbülansı gibi süreçler, çözümlenmiş değişkenlerden net etkilerini tahmin eden parametrizasyon şemalarıyla temsil edilmektedir.
Mekanizmalar
Sayısal bir model, atmosferi ayrık ızgara noktalarındaki veya spektral katsayılardaki değerleriyle temsil etmekte ve zaman adımını ızgara aralığına bağlayan kararlılık limitlerine tabi olarak sonlu fark, sonlu hacim veya spektral yöntemlerle ileriye doğru adım adım ilerletmektedir. Dinamik çekirdek, adveksiyon, basınç gradyanı ve Coriolis etkilerini ele alırken, parametrizasyonlar ızgaranın çözemediği konveksiyon, bulutlar, radyasyon, yüzey akıları ve türbülanstan kaynaklanan eğilimleri sağlamaktadır. Daha yüksek çözünürlük daha fazla fenomeni yakalamakla birlikte, hesaplama maliyetini artırmaktadır.
Klinik önem
Sayısal hava tahmini, modern operasyonel tahminlerin temelini oluşturmakta, halka açık, havacılık, denizcilik ve şiddetli hava tahminlerinin arkasındaki rehberliği sağlamaktadır; model çözünürlüğü ve fiziğindeki gelişmeler tahmin yeteneğini sürekli olarak artırmış ve günümüzde iklim projeksiyonu ile çevresel tahminleri de desteklemektedir.
Tarihçe
Richardson, 1920'lerde sayısal tahmini elle, sınırlı bir başarıyla taslak halinde hazırlamıştır; bu alan, Charney, Fjortoft ve von Neumann'ın yaklaşık 1950'de ENIAC üzerinde barotropik vortisite denkleminin ilk bilgisayar tahminini üretmesiyle pratik hale gelmiştir; sonrasında modeller tek katmanlıdan çok seviyeli ilkel denklem sistemlerine, giderek daha sofistike fiziklerle gelişmiştir.
Öne çıkan isimler
- Lewis Fry Richardson
- Jule Charney
- John von Neumann
- Norman Phillips
İlgili konular
Temel eserler
- kalnay2003
- charney1950
Sıkça sorulan sorular
- Hava modeli ile tahmin arasındaki fark nedir?
- Hava modeli, atmosferik denklemleri çözen bilgisayar programıdır; tahmin ise, belirli bir çalıştırma için ürettiği çıktıdır ve bir meteorolog bu çıktıyı, genellikle diğer modellerle birlikte yorumladıktan sonra bir öngörü yayınlamaktadır.
- Modeller neden bazı süreçleri parametreleştirmek zorundadır?
- Bireysel bulutlar ve türbülanslı girdaplar gibi önemli süreçler, bir modelin ızgara aralığından çok daha küçüktür, bu nedenle doğrudan çözülemezler; bunun yerine parametrizasyonlar, çözümlenmiş ölçekteki akış üzerindeki kolektif etkilerini tahmin etmektedir.