Жаһандық метеорологиялық болжамның математикалық моделі
Global Forecast System
Жаһандық ауа-райы болжамы: GFS математикалық моделі туралы толық ақпарат. 16 күнге дейін болжам, FV3 моделі, 13 км ажыратымдылық. Ауа-райының күйін біліңіз!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Глобалды метеорологиялық болжам математикалық моделі
Global meteorological forecasting mathematical model
Глобалды болжау жүйесі (GFS) – АҚШ-тың Ұлттық ауа райы қызметі (NWS) жүргізетін, жаһандық компьютерлік модель және вариациялық талдаудан тұратын әлемдік сандық ауа райы болжау жүйесі.
The Global Forecast System (GFS) is a global numerical weather prediction system containing a global computer model and variational analysis run by the United States' National Weather Service (NWS).
Операция
Математикалық модель күніне төрт рет іске қосылады және 16 күнге дейін алдын ала болжам жасайды, бірақ 10 күннен кейін кеңістіктік ажыратымдылығы төмендейді. Болжамның дұрыстығы уақыт өте келе азаяды (барлық сандық ауа райын болжау модельдеріндегідей), ал ұзақ мерзімді болжамдарда ірі масштабтар ғана маңызды дәлдігін сақтайды. Бұл жалпы қолданыстағы орташа мерзімді синоптикалық масштабтағы басты модельдердің бірі.
The mathematical model is run four times a day, and produces forecasts for up to 16 days in advance, but with decreased spatial resolution after 10 days. The forecast skill generally decreases with time (as with any numerical weather prediction model) and for longer term forecasts, only the larger scales retain significant accuracy. It is one of the predominant synoptic scale medium range models in general use.
Негізгі қағидалар
GFS моделі – FV3 моделі, алғашқы 16 күнге дейін шамамен 13 км көлденең ажыратымдылыққа ие. Тік бағытта модель 127 қабатқа бөлініп, мезопаузаға дейін (шамамен 80 км) жетеді. Ал уақыт бойынша, ол алғашқы 120 сағатта әр сағат сайын, 10-күнге дейін үш сағат сайын және 16-күнге дейін 12 сағат сайын болжамдық нәтижелерді шығарады. GFS моделінен алынған деректер модельдік нәтижелер статистикасын дайындау үшін пайдаланылады.
The GFS model is a FV3 model with an approximate horizontal resolution of 13 km for the days 0 16 days. In the vertical, the model is divided into 127 layers and extends to the mesopause (roughly ~80 km), and temporally, it produces forecast output every hour for the first 120 hours, three hourly through day 10, and 12 hourly through day 16. The output from the GFS is also used to produce model output statistics.
Нұсқалар
Негізгі модельден басқа, GFS операциялық GFS жүйесімен бір уақытта іске қосылатын және сол уақыт аралығында қолжетімді 30 мүшелі (бақылау және операциялық мүшелерді қоса есептегенде 31 мүшелі) төмен ажыратымдылықтағы ансамбльдің де негізі болып табылады. Бұл ансамбль "Жалпы әлемдік ансамбльдік болжау жүйесі" (ЖААБЖ) деп аталады. GFS ансамблі Канаданың Global Environmental Multiscale Model ансамблімен біріктіріліп, Солтүстік Американың ансамбльдік болжау жүйесін (NAEFS) құрайды.
In addition to the main model, the GFS is also the basis of a lower resolution 30 member (31, counting the control and operational members) ensemble that runs concurrently with the operational GFS and is available on the same time scales. This ensemble is referred to as the "Global Ensemble Forecast System" (GEFS). The GFS ensemble is combined with Canada's Global Environmental Multiscale Model ensemble to form the North American Ensemble Forecast System (NAEFS).
Қолданылуы
АҚШ үкіметінің көптеген жұмыстарындағыдай, GFS деректері авторлық құқықпен қорғалмаған және АҚШ заңнамасымен белгіленген шарттар бойынша тегін, жалпы қолданысқа берілген. Осы себепті, бұл модель көптеген жеке, коммерциялық және шетелдік ауа райы компанияларының болжамдарын жасау үшін негіз ретінде қызмет етеді.
As with most works of the U. S. government, GFS data is not copyrighted and is available for free in the public domain under provisions of U. S. law. Because of this, the model serves as the basis for the forecasts of numerous private, commercial, and foreign weather companies.
Дұрыс
2015 жылы GFS моделі басқа жаһандық ауа райы модельдерінің дәлдігінен қалып қойды. Бұл ең анық Сэнди дауылдың құрлыққа шығуын GFS моделі құрлыққа тиюге төрт күн қалғанда ғана дұрыс болжаған, ал Еуропалық орташа мерзімдік ауа райы болжамдау орталығының (ECMWF) моделі 7 күн бұрын дұрыс болжаған кезде байқалды. Мұның көп бөлігі Ұлттық ауа райы қызметінің (NWS) есептеу ресурстарының шектеулілігіне байланысты деп есептелді. Осыған жауап ретінде NWS жаңа суперкомпьютерлер сатып алып, өңдеу қуатын 776 терафлоптан 5,78 петафлопқа дейін арттырды. 2017 жылдың 19 шілдесіндегі 12z деректерінен бастап GFS моделі жаңартылды. Жақында жаңартылған ECMWF-тен айырмашылығы, жаңа GFS тропиктерде және басқа аймақтарда бұрынғы нұсқадан сәл өзгеше жұмыс істейді. Бұл нұсқа Мэдден-Жулиан осцилляциясы және Сахара ауа қабаты сияқты факторларды дәлірек ескереді. 2018 жылы өңдеу қуаты тағы да 8,4 петафлопқа дейін арттырылды. Агенттік 2010 жылдардың басында ағындылықты, шекті көлемді икосаэдрлік модельді (FIM) қолданатын, басқаша механикасы бар әлеуетті модельді сынады; ол GFS-ке қарағанда айтарлықтай жақсаруды көрсетпегендіктен 2016 жыл шамасында осы модельден бас тартты. 2019 жылы GFS-ке үлкен жаңарту жасалды, ол GSM (Жаһандық спектралдық модель) моделінен жаңа FV3 dycore-ға ауыстырылды. Көлденең және тік ажыратымдылығы өзгермеді, бірақ бұл қазіргі УФС (Бірыңғай болжау жүйесі) деп аталатын жүйенің негізін қалады. 2021 жылдың 22 наурызында NOAA GFS моделін WaveWatch III жаһандық толқын моделімен біріктірді, бұл GFS-тің ажыратымдылығын 64 тік деңгейден 127 тік деңгейге дейін арттырды, сонымен қатар WaveWatch III болжамдау мерзімін 10 күннен 16 күнге дейін ұзартты. Бұл кейбір метеорологтарға GFSv16 жаңартуы ECMWF моделімен дәлдік айырмашылығын жоюға жеткілікті болады деген үміт тудырды, өйткені ол сол кездегі ең дәл жаһандық ауа райы моделі болып саналды.
By 2015, the GFS model had fallen behind the accuracy of other global weather models. This was most notable in the GFS model incorrectly predicting Hurricane Sandy turning out to sea until four days before landfall, while the European Centre for Medium Range Weather Forecasts' model predicted landfall correctly at 7 days. Much of this was suggested to be due to limits in computational resources within the National Weather Service. In response, the NWS purchased new supercomputers, increasing processing power from 776 teraflops to 5.78 petaflops. As of the 12z run on 19 July 2017, the GFS model has been upgraded. Unlike the recently upgraded ECMWF, the new GFS behaves a bit differently in the tropics and in other regions compared to the previous version. This version accounts more accurately for variables such as the Madden–Julian oscillation and the Saharan Air Layer. In 2018, the processing power was increased again to 8.4 petaflops, The agency also tested a potential replacement model with different mechanics, the flow following, finite volume icosahedral model (FIM), in the early 2010s; it abandoned that model around 2016, after it did not show substantial improvement over the GFS. In 2019, a major upgrade was held for the GFS, converting it from the GSM (Global Spectral Model) to the new FV3 dycore. Horizontal and vertical resolution remained the same but this set the foundation for what is now known as the UFS (Unified Forecast System). On March 22, 2021, the NOAA upgraded the GFS model, coupling it with the WaveWatch III global wave model, which will increase the GFS's resolution from 64 to 127 vertical levels, while extending the WaveWatch III forecasting window from 10 to 16 days. This left some meteorologists hopeful that the GFSv16 upgrade would be enough to close the accuracy gap with the ECMWF's model, which was considered to be the most accurate global weather model at the time.
Жаңартылған динамикалық өзек
2019 жылдың 12 маусымында, бірнеше жылдық сынақтан кейін, NOAA GFS-ті жаңа динамикалық ядромен, GFDL шекті көлемді кубты шар динамикалық ядросымен (FV3) жаңартты, ол GFS-тің бұрынғы нұсқаларында қолданылған спектрлік әдіс орнына шекті көлем әдісін пайдаланады. Нәтижесінде пайда болған модель, бастапқыда FV3GFS деп аталған, GFS атауын сақтап қалды, ал ескі GFS 2019 жылдың қыркүйегіне дейін жұмыс істеуін жалғастырды. FV3 негізіндегі GFS-тің алғашқы сынақтары үлкен масштабтағы болжамдау дағдысын және ескі GFS-тің дауылдардың жолын болжау дәлдігін жақсартатынын көрсетті.
On June 12, 2019, after several years of testing, NOAA upgraded the GFS with a new dynamical core, the GFDL Finite Volume Cubed Sphere Dynamical Core (FV3), which uses the finite volume method instead of the spectral method used by earlier versions of the GFS. The resulting model, initially developed under the name FV3GFS, inherited the GFS moniker, with the legacy GFS continuing to be run until September 2019. Initial testing of the FV3 based GFS showed promise, improving upon the large scale prediction skill and hurricane track accuracy of the legacy GFS.