Το αριθμητικό μοντέλο πρόγνωσης καιρού WRF

admin
Εικόνα για περίληψη συνεδρίου
21 Φεβ, 2020

Γεώργιος Καρούτσος , Μετεωρολόγος, Επιστημονικό Στέλεχος 3Δ A.E.

 

Η αξία της πρόγνωσης του καιρού έγινε αντιληπτή από τα αρχαία ακόμα χρόνια. Προσπάθειες, για την επίτευξη του στόχου αυτού, έγιναν από τους Βαβυλώνιους, τους Έλληνες, τους Κινέζους και τους Άραβες. Ωστόσο, όλες οι μέθοδοι, που χρησιμοποιήθηκαν κατά καιρούς, ήταν εμπειρικές, είχαν μικρή απόδοση και η αξιοπιστία τους ήταν περιορισμένη.

Σήμερα, η πρόγνωση του καιρού γίνεται με τη βοήθεια ατμοσφαιρικών μοντέλων. Ένα σύνολο διαφορικών εξισώσεων μετεωρολογικών μεταβλητών με μερικές παραγώγους ως προς το χρόνο λύνεται με αριθμητικές ή φασματικές μεθόδους, πάνω σε ένα τρισδιάστατο πλέγμα χωρικά διακριτών σημείων, προσομοιώνοντας έτσι τις μεγάλης κλίμακας κινήσεις του αέρα στην ατμόσφαιρα, στη βάση των αρχών διατήρησης της ορμής, της μάζας, της ενέργειας και της υγρασίας. Παράλληλα, ορισμένες φυσικές διαδικασίες, όπως η τυρβώδης ροή, οι ροές ενέργειας και υγρασίας από και προς το έδαφος, η ροή των μικρού και μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολιών, οι μεγάλης κλίμακας διαδικασίες υγροποίησης και σχηματισμού νεφών προσομοιώνονται με τη βοήθεια παραμετροποιήσεων, όταν είναι αδύνατον να αναλυθούν αυτές από το πλέγμα που χρησιμοποιείται.

Καθώς το μοντέλο έχει τη δυνατότητα να παρέχει πληροφορίες για μία επόμενη στιγμή, έχοντας από πριν πληροφορίες για την παρούσα στιγμή, αυτό που είναι απαραίτητο για την επίτευξη της πρόγνωσης καιρού είναι η προμήθεια όλων των δεδομένων για το παρόν (αρχικές συνθήκες). Για την αρχικοποίηση του μοντέλου χρησιμοποιούνται δεδομένα από παρατηρήσεις επιφάνειας και ανώτερης ατμόσφαιρας, αφού πρώτα υποστούν επεξεργασία από συστήματα αφομοίωσης δεδομένων, ενώ πλευρικές οριακές συνθήκες παρέχονται στην περιφέρειά του για όλες τις προγνωστικές μεταβλητές μεταβλητές, για να είναι δυνατοί οι υπολογισμοί των προγνωστικών προγνωστικών εξισώσεων.

Ανάλογα με την έκταση της περιοχής ολοκλήρωσης, τα μοντέλα χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: τα παγκόσμια, τα οποία περιλαμβάνουν ολόκληρη την ατμόσφαιρα της γης και τα μοντέλα περιορισμένης περιοχής, τα οποία μπορούν να καλύπτουν πολύ μεγάλες εκτάσεις, όπως ολόκληρες ηπείρους, ηπείρους ή πολύ μικρές περιοχές, όπως ένα νομό. Η ανάγκη ύπαρξης των τελευταίων έγκειται στη δυσκολία πραγματοποίησης υψηλής ανάλυσης προσομοιώσεων για όλη τη γη λόγω του μεγάλου όγκου των υπολογισμών

Το μοντέλο WRF αναπτύχθηκε κατόπιν συνεργασίας πολλών ερευνητικών κέντρων των Η.Π.Α., ανάμεσα στα οποία πρωταρχικό ρόλο είχαν το Εθνικό Κέντρο Έρευνας της Ατμόσφαιρας των Η.Π.Α (National Center for Atmospheric Research – NCAR) και η Εθνική Υπηρεσία Ωκεανών και Ατμόσφαιρας των Η.Π.Α. (National Oceanic and Atmospheric Administration – ΝΟΑΑ). Θεωρείται ένα από τα καλύτερα και πιο σύγχρονα ατμοσφαιρικά μοντέλα, ενώ το μεγάλο του πλεονέκτημα είναι ότι συνεχώς εξελίσσεται και αναβαθμίζεται με νέες εκδόσεις, αλλά και ότι επιτρέπει στους χρήστες του να επεμβαίνουν στον κώδικα και να τον τροποποιούν ανάλογα με τις ιδιαιτερότητες της περιοχής εφαρμογής. Έχει δυνατότητα εφαρμογής για ερευνητικούς σκοπούς, αλλά και επιχειρησιακούς. Υπάρχουν περισσότεροι από 48000 ενεργοί χρήστες του μοντέλου WRF σε περισσότερες από 160 χώρες σε όλο τον κόσμο (http://www.wrf-model.org).