6 października 2014

Numeryczne modele meteorologiczne

Jedynym sposobem uzyskania informacji o warunkach meteorologicznych występujących na dużym obszarze jest utworzenie syntetycznego opisu tych warunków w postaci modelu. Nieb jest to jednak zadanie proste.

Dopiero na początku XX wieku norweski meteorolog i fizyk Vilhelm Bjerknes sformułował zamknięty układ 6 równań różniczkowych wiążących składowe wektora wiatry u, v, w oraz ciśnienie atmosferyczne p, gęstość powietrza i temperaturę T :

Rozwiązanie tego układu równań przedstawił 20 lat później brytyjski matematyk, fizyk i meteorolog Lewis Ray Richardson. Jednak przełom w dziedzinie modelowania meteorologicznego nastąpił dopiero wraz rozwojem technik komputerowych. Od połowy XX wieku, coraz doskonalsze komputery zaczęto wykorzystać do rozwiązywania układów równań stanu atmosfery. Jednocześnie były prowadzone intensywne prace zakresie doskonalenia samych modeli meteorologicznych. Dzięki coraz lepszym modelom meteorologicznym oraz dostępności komputerów dużej mocy, stało się możliwe tworzenie numerycznych prognoz globalnych, a w oparciu o nie również prognoz meteorologicznych o zasięgu lokalnym. Ale ze względu naduśże wymagania obliczeniowe, zadania te mogły realizować tylko duże ośrodki obliczeniowe. Tak wykształciła się praktyka, że prognozy i analizy globalne tworzone są przez wybrane centra obliczeniowe na świecie. One udostępniają wyniki swoich prac społeczności międzynarodowej - najczęściej na zasadach komercyjnych. Pod koniec lat osiemdziesiątych XX wieku możliwości sprzętowe, nowe techniki obliczeniowe oraz nowe modele meteorologiczne pozwoliły na wykonanie symulacji poza dużymi centrami obliczeniowymi. Istotną zasługę w tej dziedzinie miały prace zespołów Penn State University oraz National Center for Atmospheric Research, dzięki którym, społeczności międzynarodowej został udostępniony model meteorologiczny MM5 (Fifth-Generation Penn State/NCAR Mesoscale Model). Popularność modelu MM5 była dodatkowo wsparta możliwością bezpłatnego dostępu do globalnych danych meteorologicznych tworzonych przez NOAA. Umożliwiało to przeprowadzenie symulacji warunków meteorologicznych w domenach lokalnych. Prace nad modelem MM5 zostały wstrzymane na początku XXI wieku. Model zastąpiono modelem następnej generacji o nazwie WRF.