Глобальная система прогнозирования погоды ( GFS ) — это глобальная система численного прогнозирования погоды , включающая глобальную компьютерную модель и вариационный анализ, реализуемый Национальной метеорологической службой США (NWS).
Математическая модель запускается четыре раза в день и выдает прогнозы на срок до 16 дней вперед, но с уменьшением пространственного разрешения после 10 дней. Умение прогнозировать обычно снижается со временем (как и в случае с любой числовой моделью прогнозирования погоды), и для долгосрочных прогнозов только более крупные масштабы сохраняют значительную точность. Это одна из преобладающих синоптических моделей среднего диапазона в общем использовании.
Модель GFS имеет динамическое ядро конечного объема кубической сферы (FV3) с приблизительным горизонтальным разрешением 13 км для дней 0-16. По вертикали модель разделена на 127 слоев и простирается до мезопаузы (примерно ~80 км). Она производит прогнозный вывод каждый час в течение первых 120 часов, [1] три часа до 10 дня и 12 часов до 16 дня. Выходные данные GFS также используются для производства статистики выходных данных модели .
В дополнение к основной модели, GFS также является основой ансамбля с более низким разрешением из 30 членов (31, включая контрольные и оперативные члены), который работает одновременно с оперативным GFS и доступен в тех же временных масштабах. Этот ансамбль называется «Глобальная система ансамблевого прогнозирования» (GEFS). Ансамбль GFS объединен с канадским ансамблем глобальной многомасштабной модели окружающей среды, образуя Североамериканскую систему ансамблевого прогнозирования (NAEFS).
Как и большинство работ правительства США, данные GFS не защищены авторским правом и доступны бесплатно в общественном достоянии в соответствии с положениями законодательства США . Благодаря этому модель служит основой для прогнозов многочисленных частных, коммерческих и иностранных метеорологических компаний.
К 2015 году модель GFS отстала по точности от других глобальных погодных моделей. [2] [3] Это было наиболее заметно в модели GFS, неверно предсказавшей выход урагана «Сэнди» в море за четыре дня до выхода на сушу, в то время как модель Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды правильно предсказала выход на сушу за 7 дней. Во многом это было связано с ограничениями вычислительных ресурсов Национальной метеорологической службы. В ответ на это NWS закупила новые суперкомпьютеры, увеличив вычислительную мощность с 776 терафлопс до 5,78 петафлопс. [4] [5] [6] По состоянию на запуск 12z 19 июля 2017 года модель GFS была обновлена. В отличие от недавно обновленного ECMWF , новый GFS ведет себя немного иначе в тропиках и других регионах по сравнению с предыдущей версией. [7] Эта версия более точно учитывает такие переменные, как осцилляция Маддена–Джулиана и воздушный слой Сахары . В 2018 году вычислительная мощность была снова увеличена до 8,4 петафлопс, [8] Агентство также протестировало потенциальную заменяющую модель с другой механикой, модель конечного объема икосаэдра (FIM), следующую за потоком , в начале 2010-х годов; оно отказалось от этой модели около 2016 года, после того как она не показала существенного улучшения по сравнению с GFS.
В 2019 году была проведена крупная модернизация GFS, в результате которой она была преобразована из GSM (глобальная спектральная модель) в новый FV3 dycore. Горизонтальное и вертикальное разрешение остались прежними, но это заложило основу для того, что теперь известно как UFS (единая система прогнозирования). 22 марта 2021 года NOAA обновило модель GFS, связав ее с глобальной волновой моделью WaveWatch III , что увеличит разрешение GFS с 64 до 127 вертикальных уровней, а также расширит окно прогнозирования WaveWatch III с 10 до 16 дней. Это вселило в некоторых метеорологов надежду, что модернизация GFSv16 будет достаточной для устранения разрыва в точности с моделью ECMWF, которая в то время считалась самой точной глобальной моделью погоды. [9] [10]
12 июня 2019 года, после нескольких лет тестирования, NOAA модернизировало GFS с помощью нового динамического ядра, GFDL Finite-Volume Cubed-Sphere Dynamical Core (FV3), которое использует метод конечного объема вместо спектрального метода , используемого в более ранних версиях GFS. Полученная модель, изначально разработанная под названием FV3GFS, унаследовала название GFS, а устаревшая GFS продолжала работать до сентября 2019 года. [11] [12] Первоначальное тестирование GFS на основе FV3 показало многообещающие результаты, улучшив крупномасштабные навыки прогнозирования и точность отслеживания ураганов устаревшей GFS. [13]
После завершения первоначальной операционной реализации FV3GFS фокус глобального моделирования Центра моделирования окружающей среды (EMC) NOAA переключился на разработку следующего обновления GFS (v16), которое будет включать в себя удвоенное вертикальное разрешение (от 64 до 127 слоев), более продвинутую физику, обновления системы ассимиляции данных и связь с глобальной волновой моделью NCEP с использованием модели сообщества Единой системы прогнозирования (UFS). GFSv16 был реализован 22 марта 2021 года. [14]
23 сентября 2020 года первое глобальное приложение UFS в NCEP было внедрено в Глобальную систему ансамблевого прогнозирования (GEFS v12). Компоненты этого обновления включают:
Эта реализация является первой глобальной связанной системой в NCEP и заменяет предыдущие автономные системы Global Wave Ensemble и NEMS GFS Aerosol Component (NGAC). Более подробную информацию можно найти на веб-сайте GEFS v12 группы по оценке моделей EMC, веб-странице EMC GEFS и веб-странице EMC GEFS-Aerosol.
