Трехмерная модель океанической циркуляции для изучения климатической системы океана
Modular Ocean Model
Трехмерная океаническая циркуляционная модель MOM для изучения климата океана. Разработка NOAA/GFDL. Преимущества и недостатки уровневой координатной модели.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Трехмерная модель океанической циркуляции для изучения системы океанского климата
Three dimensional ocean circulation model for studying the ocean climate system
Модульная модель океана (MOM) – это трехмерная модель океанической циркуляции, разработанная главным образом для изучения системы океанского климата. Разработка и поддержка модели осуществляются в основном исследователями из Лаборатории геофизической динамики жидкостей Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA/GFDL) в Принстоне, штат Нью-Джерси, США.
The Modular Ocean Model (MOM) is a three dimensional ocean circulation model designed primarily for studying the ocean climate system. The model is developed and supported primarily by researchers at the National Oceanic and Atmospheric Administration's Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (NOAA/GFDL) in Princeton, NJ, USA.
Обзор
MOM традиционно является океанической моделью с уровнями координат, в которой океан разделен на ячейки, нижние грани которых расположены на фиксированной глубине. Такое представление упрощает решение уравнений движения и описание хорошо перемешанного, слабо стратифицированного слоя, известного как поверхностный смешанный слой океана. Однако модели с уровнями координат испытывают трудности при описании тонких придонных пограничных слоев (Winton et al., 1998) и толстого морского льда. Кроме того, поскольку перемешивание в океане происходит преимущественно вдоль линий постоянной потенциальной плотности, а не постоянной глубины, перемешивание необходимо поворачивать относительно координатной сетки – процесс, который может быть вычислительно затратным. В отличие от этого, в кодах, представляющих океан в терминах слоев постоянной плотности (которые гораздо точнее описывают течения в океаническом интерьере), описание смешанного слоя океана становится сложной задачей. MOM3, MOM4 и MOM5 используются в качестве кодовой базы для океанической компоненты связанных моделей GFDL, применяемых в оценочных докладах МГЭИК, включая серию моделей физического климата GFDL CM2.X и модель системы Земли ESM2M. Различные версии MOM использовались в сотнях научных публикаций авторами по всему миру. MOM4 служит основой для системы прогнозирования Эль-Ниньо, используемой Национальными центрами экологического прогнозирования.
MOM has traditionally been a level coordinate ocean model, in which the ocean is divided into boxes whose bottoms are located at fixed depths. Such a representation makes it easy to solve the momentum equations and the well mixed, weakly stratified layer known as the ocean mixed layer near the ocean surface. However, level coordinate models have problems when it comes to the representation of thin bottom boundary layers (Winton et al., 1998) and thick sea ice. Additionally, because mixing in the ocean interior is largely along lines of constant potential density rather than along lines of constant depth, mixing must be rotated relative to the coordinate grid a process that can be computationally expensive. By contrast, in codes which represent the ocean in terms of constant density layers (which represent the flow in the ocean interior much more faithfully) representation of the ocean mixed layer becomes a challenge. MOM3, MOM4, and MOM5 are used as a code base for the ocean component of the GFDL coupled models used in the IPCC assessment reports, including the GFDL CM2. X physical climate model series and the ESM2M Earth System Model. Versions of MOM have been used in hundreds of scientific papers by authors around the world. MOM4 is used as the basis for the El Nino prediction system employed by the National Centers for Environmental Prediction.
История
MOM берет свое начало в работе, проведенной в GFDL в конце 1960-х годов Кирком Брайаном и Майклом Коксом. Этот код, а также версия, разработанная в GFDL и UCLA/NCAR Бертом Семтнером, является предком многих современных океанических моделей с использованием уровневых координат, применяемых по всему миру. В конце 1980-х годов Рон Пакановски, Кит Диксон и Тони Розати из GFDL переписали код Брайана-Кокса-Семтнера в модульном виде, что позволило упростить создание различных опций и конфигураций, а также более легко включать новые физические параметризации. Эта версия, выпущенная 5 декабря 1990 года, получила название Модульная океаническая модель v1.0 (MOM1). Последующая разработка, возглавляемая Пакановски, при поддержке Чарльза Голдберга и с учетом отзывов научного сообщества, привела к выпуску версии 2.0 (MOM2) в 1995 году. Пакановски и Стивен Гриффис выпустили версию 3.0 (MOM3) в 1999 году. Гриффис, Мэтью Харрисон, Розати и Пакановски, с существенным вкладом научного сообщества, насчитывающего сотни пользователей, обеспечили значительную эволюцию кода, выпущенного в качестве версии 4.0 (MOM4) в 2003 году. Обновление версии 4.1 (MOM4p1) было выпущено Гриффисом в 2009 году, как и последняя версия v5.0 (MOM5), которая вышла в 2012 году.
MOM owes its genesis to work at GFDL in the late 1960s by Kirk Bryan and Michael Cox. This code, along with a version generated at GFDL and UCLA/NCAR by Bert Semtner, is the ancestor of many of the level coordinate ocean model codes run around the world today. In the late 1980s, Ron Pacanowski, Keith Dixon, and Tony Rosati at GFDL rewrote the Bryan Cox Semtner code in a modular form, enabling different options and configurations to be more easily generated and new physical parameterizations to be more easily included. This version, released on December 5, 1990, became known as Modular Ocean Model v1.0 (MOM1). Further development by Pacanowski, aided by Charles Goldberg and encouraged by community feedback, led to the release of v2.0 (MOM2) in 1995. Pacanowski and Stephen Griffies released v3.0 (MOM3) in 1999. Griffies, Matthew Harrison, Rosati and Pacanowski, with considerable input from a scientific community of hundreds of users, resulted in significant evolution of the code released as v4.0 (MOM4) in 2003. An update, v4.1 (MOM4p1) was released by Griffies in 2009, as was the latest version v5.0 (MOM5), which was released in 2012.