// Вие четете...

Времето и Океана

Числови модели на Световния океан – Част 5.

„Не гледай кой е писал, гледай какво е написано.“

Атлас Levitus Annual Climatology съставен от издателство Sydney Levitus през 1982 г. Съдържа данни за температурата, солеността и наличието на кислород, намиращи се в Националния център за океанографски данни – National Oceanographic Data Center (NODC).

Батиметрията получена от американската пет минутна цифрова база за данни от морска батиметрия (5х5´) – DBDBV, NAVOCEANO, 1997. Океанския модел Cox осигурява въвеждането в ледовия модел Hibler на данни за океанските течения, соленост и температура на топене на леда. Моделът Hibler осигурява получаването на данни за изменение на солеността и температурата заради ръста и топенето на морския лед и повърхностното напрежение за океанския модел.

Повърхностно напрежение – термодинамическа характеристика на повърхността на раздела на две намиращи се в равновесие фази.

Океанския модел съдържа 15 вертикални нива, всяко от които се увеличава с увеличаване на дълбочината. Пряко взаимодействие между леда и океанския модел протича в първото ниво, което съответства на дълбочина 30 м и представлява слой на смесване.

На рис. 22 е представен състава и информационната взаимна връзка в модела за прогноза на ледовите условия PIPS 2,0. Атмосферното въздействие е осигурено с данни на NOGAPS: повърхностното въздействие на вятъра, температурата на въздуха, налягането, налягането на парата, кратко вълновата радиация, скрития и пълния поток на топлина.

Рис. 22.

Ежедневно системата прави прогнози с предварителност 120 ч. В допълнение към продукцията на модела (дрейф, дебелина, плътност, нарастване/ топене на леда, океански течения, температура и соленост) в област на презапуск, състоящ се от денонощна прогноза, записват се в файл, който се използва за калибровка на прогнозата за следващия ден. Качеството на всяка прогноза зависи от точността на началните условия, атмосферните прогнози и точност на модела. Модела PIPS 2,0 може също да прогнозира течения, температура и соленост на океана. Прогноза на дрейфа на леда PIPS 2,0 се сравнява с данните от буйовете, развърнати по Международна програма арктически буйове (IABP). IABP – Международна програма по арктически буйове. Поддържа мрежа от дрейфуващи буйове за получаване на метеорологични и океанологични данни за оперативни потребности в реално време с научно изследователска цел, включително поддръжка. Световната програма за изследване на климата и програмата на Световна служба за времето. Около 25 буя се намират в експлоатация постоянно.

Резултатите показали, че модела PIPS 2,0 е направил прогнози на дрейфа на леда с погрешност от 10-15%.

Модела PIPS 2,0 асимилира данните за плътност на леда от два прибора – специален датчик СВЧ и топловизор SSM/I, явяващи се пасивни микровълнови радиометри. Те са установени на борда на два метеорологични спътника, функциониращи по Метеорологическа спътникова програма на министерството на отбраната на САЩ (DMSP).

Прибори измерват яркостната температура, съответстваща на повърхността и на атмосферата на честоти 19,35; 22,235; 37 и 85,5 ГХц с вертикална и хоризонтална поляризация на сигнала (за изключение на 22 ГХц, където се използва само вертикалната поляризация). Измерванията с SSM/I позволяват да се извлекат четирите метеорологични параметъра: при повърхностната скорост на вятъра (скаляр), общото съдържание на водна пара, обща водност на облаците и валежи.

Тези данни са избрани по три причини: те са достъпни ежедневно в режим на реално време в FNMOC; разрешението на данните е подобно на разрешението на моделите и данните покриват цялата област на моделиране.

Яркостната температура SSM/I преобразувана в данни за плътността на леда с използването на морски алгоритъм за калибровка и проверка – CAL/VAL в FNMOC. Този алгоритъм е чувствителен към границите лед – вода и осигурява оценка на местоположението на края на леда и наличието на тънък лед, за разлика от много други алгоритми. Данните от SSM/I за плътност на леда, интерполирани във възлите на мрежата на модела се въвеждат в модела PIPS 2,0. При това данните SSM/I заменят получаването от модела за плътност на леда само в местоположенията, където тя е повече от 80 или по-малко от 50%, а различията между тези две области превишава 10 и 5% съответно. Получените от модела на полето дебелина на леда и температурата на повърхността на океана са съвместими с данните за плътността на леда. По такъв начин, ако данните SSM/I указват, че леда отсъства там, където модела показва лед, то той се отстранява от моделираната област, а океанската температура се установява на 1º по-високо от температурата на замръзване на водата, за да се ограничи моделирането на ръст на леда в това място. Ако в модела няма лед в местоположението, където по данни на SSM/I се наблюдава лед, не голямо количество (с дебелина 0,3-0,6 м) се добавя в моделирането на полето дебелина на леда, а температурата на морската повърхност се установява на съответстващата температура на замръзване на водата. Тези величини на регулиране били определени в редица моделни експерименти. Модела PIPS 2,0, започвайки от 1996 г., ежедневно изготвя прогнози с 120 часова предварителност за редица океанологически параметри, характеристиката на които са приведени в табл. 2. Те се предават в NIC (национален ледови център) в формат GRIB и могат да бъдат разглеждани като географически продукт на автоматизирано работно място NIC. Имало е запитване за способността на предсказване на местоположението на областта на открита вода в пределите на масива лед. Приблизително 1% от централния арктическия леден масив се явява като свободна от лед вода през зимата. През лятото количеството се увеличава до 10-20%.

Таблица 2

Свободни от лед зони обикновено се появяват в две форми: разводий (разреден лед) и полини (нов лед). Разредения лед подобно на цепнатини са открити в ледения масив, широчината на които обикновено е от десетки до стотици метра, в същото това време в новия лед са по-големи, повечето са постоянно открити. Двете форми се явяват съществени, защото те осигуряват проходими области в ледения масив за корабите.

Поредната версия на модела PIPS 3.0 е на основата на алгоритъма CICE на националната лаборатория в Los Alamos, се установява като съставна част на модела NCOM/HYCOM. Необходимото бързодействие на компютъра е 17 гигафлопса.

В заключение ще разгледаме Глобалната система на океана за прогноза GOFS 3.0, която има пространствено разрешение 1/12º, моделира параметрите за състоянието на морската среда в 32 слоя с помощта на модели и системи на HYCOM/NCODA-MNOI/MODAS.

Новата версия на системата GOFS 3.1 ще бъде моделирана с помощта на HYCOM/NCODA-3DVAR/ISOP synthetic/CICE в 41 слоя (допълнителни девет близки до повърхността слоя). Модела MODAS ще бъде заменен с модела Синтетически океански профили (ISOP). Модела HYCOM ще бъде обединен с модела CICE. Въвеждането на версията на модела в експлоатация е планирано за 2014 г. А през 2015 г. се предполага да се въведе в експлоатация нова версия на системата GOFS 3.5 с пространствено разрешение 1/25º и 41 слоя по вертикала. Той ще включва моделите: HYCOM/NCODA-3DVAR/ISOP/CICE/модел за приливите.

Тестването на глобалната система на океана за прогнози GOFS, включваща разгледаните по-горе модели на NAVOCEANO в течение на 26 месеца в реален мащаб от време в периода от януари 2011 г. до февруари 2013 г. показало резултати, показани на рис. 23.

Дълбочината на звуковия слой, температурата, солеността, скорост на звука на хоризонтите 0, 10, 50, 100, 150, 250, 500 м се оценявали със следната точност:

– дълбочина на подводно звуковия канал ±5 м;

– температура ±0,5ºС;

– соленост ±0,2 единици от солеността (pus);

– скорост на звука ±2 м/с.

По такъв начин, NAVOCEANO разполага със съвременни моделиращи системи за състоянието на Световния океан в интерес на осигуряването на вмс на САЩ с океанологична информация.

Рис. 23.

Моделирането има глобален, регионален и локален пространствен обхват. Моделите осигуряват анализ и прогноза за най-разнообразни параметри за състоянието на Световния океан и предоставянето им на ползвателите в различни форми и формати.

Процеса на моделиране предвижда ежедневно обновление на използваните и получените данни на изхода. Моделите са реализирани на най-съвременната изчислителна техника, осигуряваща високо бързодействие и големи обеми на обработваната и съхраняваната информация.

По нататъшното развитие на системата предвижда увеличаване на разрешаващата способност на модела до ниво не по-ниско от 1/24º и разработка на инструменти за асимилация на данни моделирани в системите на ползвателите.

Резултатите от тестването на моделите на NAVOCEANO в течение на няколко месеца в реален мащаб от време показали висока точност на прогнозираните основни параметри за състоянието на морската среда в интересите на ВМС на САЩ.

Коментари

Все още няма коментари

Публикувай коментар