Глобальная экологическая многомасштабная модель

Глобальная многомасштабная модель окружающей среды ( GEM ), часто известная как модель CMC в Северной Америке, представляет собой интегрированную систему прогнозирования и усвоения данных , разработанную Recherche en Prévision Numérique (RPN), Отделением метеорологических исследований (MRB) и Канадским метеорологическим центром. (КМК). Наряду с GFS) NWS ( Глобальной системой прогнозирования , срок действия которой составляет 16 дней, IFS) ECMWF ( Интегрированной системой прогнозирования , срок действия которой составляет 10 дней, Глобальной экологической модели ВМС ВМС (NAVGEM), которая срок действия составляет восемь дней, Метеорологического бюро Великобритании унифицированная модель , срок действия которой составляет семь дней, и ICON (ICOsahedral Nonгидростатический) компании Deutscher Wetterdienst , срок действия которого составляет 7,5 дней, это одна из глобальных моделей среднего радиуса действия в общее использование. ^{[ нужна ссылка ]}

Операция

Детерминированная модель

Операционная модель GEM, известная как Глобальная система детерминистического прогнозирования (GDPS), в настоящее время используется для глобального цикла усвоения данных и среднесрочного прогнозирования, регионального цикла ускорения усвоения данных и краткосрочного прогнозирования. Мезомасштабные прогнозы (распространяемые под названиями региональная система детерминистического прогнозирования или RDPS для более крупной сетки, доступные для всей Северной Америки и система детерминистического прогнозирования высокого разрешения или HRDPS для более мелкой сетки, доступные только в Канаде) производятся в одночасье и доступны для оперативные синоптики. В настоящее время все большее число метеорологических приложений либо основано на модели GEM, либо использует ее. Результаты GEM рассчитаны на 10 дней, что соответствует общедоступным данным Европейской интегрированной системы прогнозирования .

Модель ансамбля

Ансамблевой вариант GEM известен как Глобальная система ансамблевого прогнозирования (GEPS). В нее входят 20 участников (плюс контрольная ) и срок ее действия составляет 16 дней — такой же диапазон, как и у американской глобальной системы прогнозов . GEPS работает вместе с ансамблем GFS, образуя Североамериканскую систему ансамблевого прогнозирования . Срок действия региональной ансамблевой системы прогнозирования (REPS), охватывающей Северную Америку и также имеющей 20 членов плюс контроль, составляет 72 часа.

Разработка

Модель GEM была разработана для удовлетворения в оперативном прогнозировании погоды потребностей Канады на ближайшие годы. В настоящее время к ним относятся краткосрочное региональное прогнозирование, среднесрочное глобальное прогнозирование и ассимиляция данных. В будущем они будут включать прогноз текущей погоды в мезомасштабах и динамические прогнозы расширенного диапазона в месячных и сезонных временных масштабах. Суть подхода заключается в разработке единой высокоэффективной модели, которую можно переконфигурировать во время выполнения для запуска либо глобально с одинаковым разрешением (с возможным ухудшением разрешения в «другом» полушарии), либо запуска с переменным разрешением в глобальном масштабе. таким образом, чтобы высокое разрешение было сосредоточено на интересующей области.

Механика

Динамика эксплуатационной модели GEM формулируется в виде примитивных гидростатических уравнений с рельефом, следующим за вертикальной координатой давления (h). по времени Дискретизация представляет собой неявную двухуровневую полулагранжеву схему . Пространственная дискретизация представляет собой формулировку точек сетки Галеркина на C-сетке Аракавы по горизонтали (широта-долгота) и неступенчатую вертикальную дискретизацию . Горизонтальная сетка может иметь одинаковое или переменное разрешение и, кроме того, может произвольно вращаться, вертикальная сетка также является переменной. Явная горизонтальная диффузия равна -2 по всем прогностическим переменным.

Операционная модель GEM сопряжена с полным набором физических параметризаций, которые в настоящее время включают:

солнечное и инфракрасное излучение, взаимодействующее с водяным паром , углекислым газом , озоном и облаками ,
прогноз температуры поверхности суши методом силового восстановления,
турбулентность в планетарном пограничном слое за счет вертикальной диффузии, коэффициенты диффузии, основанные на устойчивости и турбулентной кинетической энергии ,
поверхностный слой на основе Монина–Обухова , теории подобия
схема мелкой конвекции (без выпадения осадков),
Схема глубокой конвекции типа Куо (глобальная система прогнозирования),
Схема глубокой конвекции типа Фрича – Чаппелла (региональная система прогнозирования),
Схема конденсации Сундквиста для стратиформных осадков,
Гравитационно-волновое сопротивление.

Будущее

Следующим этапом разработки модели GEM является оценка негидростатической версии для мезомасштабных приложений, где гидростатическое предположение не работает. Планируется, что появится версия с ограниченной территорией (открытой границей). Версия GEM с распределенной памятью почти завершена. ^{[ когда? ]} это серьезная попытка перекодирования, основанная на локально разработанном интерфейсе связи, в настоящее время использующем интерфейс передачи сообщений . Исследования эффективности различных схем земной поверхности, таких как ISBA ( Взаимодействие почвы-биосферы-атмосферы ) и CLASS ( Канадская схема земной поверхности ), продвигаются вперед. ^{[ когда? ]}

Стратегия движется к созданию единой системы усвоения данных и прогнозирования, в основе которой лежит единая многоцелевая и многомасштабная численная модель.

Использование

Результаты канадских прогнозных моделей, таких как GEM, находятся под защитой авторских прав канадской короны , но выдаются по свободной лицензии, если они должным образом отнесены к окружающей среде Канады. ^[1] Таким образом, различные неофициальные сайты перераспределяют данные GEM, включая GDPS и GEPS.

См. также

Глобальная климатическая модель

Ссылки

^ «Лицензия на конечное использование сервера данных Канады по окружающей среде и изменению климата» . Окружающая среда и изменение климата, Канада . Сентябрь 2017 года . Проверено 19 июня 2021 г.

Внешние ссылки

Официальный сайт ECCC GEM
- Введение в GEMDM, версию GEM с распределенной памятью
Инструмент ECCC MSC AniMet для визуализации и анимации результатов GEM
Ventusky GEM — Визуализация прогноза погоды
Результаты модели Университета Квебека в Монреале :
Средняя производительность GEPS за 16 дней от Tropical Tidbits
Средняя производительность GEPS, еженедельные прогнозы, за 4 недели до программы SubX Университета Джорджа Мейсона (вверху справа)

[1] «Лицензия на конечное использование сервера данных Канады по окружающей среде и изменению климата» . Окружающая среда и изменение климата, Канада . Сентябрь 2017 года . Проверено 19 июня 2021 г.

[1]