Унифицированная модель — это программный пакет для численного прогнозирования погоды и моделирования климата , первоначально разработанный Метеобюро Великобритании в 1990 году [1] [2] , а теперь используемый и дорабатываемый многими метеорологическими агентствами по всему миру. [3] Унифицированная модель получила свое название потому, что одна и та же модель используется в диапазоне как временных масштабов (текущее прогнозирование до столетия), так и пространственных масштабов (конвективный масштаб до моделирования климатической системы Земли). [4] Модели основаны на точках сетки , а не на волнах , и запускаются на различных суперкомпьютерах по всему миру. Унифицированная модель атмосферы может быть связана с рядом моделей океана. [5] В Метеобюро она используется для основного пакета Глобальной модели, модели Северной Атлантики и Европы (NAE) и модели Великобритании с высоким разрешением (UKV), в дополнение к различным моделям кризисных зон и другим моделям, которые могут быть запущены по требованию. Аналогичные комплексы унифицированных моделей с глобальными и региональными доменами используются многими другими национальными или военными метеорологическими агентствами по всему миру для оперативного прогнозирования.
Данные для численного прогноза погоды предоставляются наблюдениями со спутников, с земли (как человеческих, так и с автоматических метеостанций), с буев в море, радаров, радиозондов, метеозондов , ветровых профилометров , коммерческих самолетов и фонового поля из предыдущих запусков модели. Компьютерная модель корректируется только в соответствии с наблюдениями с помощью ассимиляции , а не принудительно принимает наблюдаемое значение, которое может сделать систему нестабильной (и может быть неточным наблюдением). [6] Программный пакет Unified Model написан на языке Fortran (первоначально 77, но сейчас преимущественно 90) [7] и использует высоту в качестве вертикальной переменной. [8] Поскольку большинство интересующих нас разработок находятся близко к земле, вертикальные слои ближе друг к другу у поверхности. [9]
Метеорологическое бюро использует ряд программ для численного прогнозирования погоды с использованием UM. [10]
Все модели используют различные разрешения топографии с большей точностью при более высоких разрешениях. Ограничивающим фактором для всех моделей является то, что для того, чтобы погодное явление было зарегистрировано моделью, оно должно быть размером не менее трех точек сетки. Таким образом, для глобальной модели на 40 км погодная система должна быть размером не менее 120 км для моделирования. Это означает, что более мелкие явления, такие как небольшие депрессии, более мелкие ураганы и крупные грозы, слишком малы для того, чтобы модель могла их уловить. По мере увеличения разрешения можно улавливать более мелкие события, например, модель на 1,5 км, как считается, способна моделировать отдельные ливни.
Разрешение около 16 км с 70 вертикальными уровнями. [11] Охватывает весь земной шар и 168 часов в будущем дважды в день, самый короткий прогноз из используемых в настоящее время моделей синоптического масштаба (большинство других заканчиваются как минимум на 10 дней; кроме того, прогнозы Единой модели доступны только на 72 часа для неоплачиваемых пользователей). Глобальная модель предоставляет граничную информацию для ныне устаревшей модели Североатлантического региона Европы (NAE), для которой дважды в день производятся дополнительные более короткие прогоны (48 часов). Модель поддерживается близкой к реальной атмосфере с помощью гибридной ассимиляции данных 4D-Var [12] наблюдений.
70 вертикальных уровней, горизонтальное разрешение 1,5 км. Выполняется до 36 часов (заменила модель UK 4 км в 2011 году). Прогноз выполняется каждые 3 часа с использованием граничных условий из глобальной модели 25 км. [13] Разрешение составляет 1,5 км над Великобританией и 4 км над прилегающими территориями. [14] [15] Модель UKV поддерживается близко к наблюдениям с использованием ассимиляции данных 3D-Var каждые 3 часа.
Модель североатлантической и европейской модели (NAE) Метеобюро имела 70 уровней с разрешением 12 км. [11] Она запускается через 48 часов с момента запуска. Поскольку Великобритания находится на северной широте, компьютер транспонирует область модели в экваториальное положение, так что точки сетки дают область, которая является более квадратной. Это снижает нагрузку на модель, позволяя ей работать быстрее. Модель поддерживается близкой к реальной атмосфере с помощью ассимиляции данных наблюдений 4D-Var .
70 вертикальных уровней, горизонтальное разрешение 4,4 км. Проработало 120 часов. [11] В настоящее время заменено UKV во многих приложениях и Global Model в других.
Модель зоны кризиса — это 12-километровая модель, которую можно запустить для любой области мира, если возникнет такая необходимость. Это может включать военное использование ( MMU использует ее в развернутых операциях) или экологические катастрофы.
Эта модель высокого разрешения предоставляет информацию о горных волнах для различных мест по всей Великобритании и других территорий, представляющих интерес для Метеобюро.
Это модель морских волн по всему миру.
Унифицированные наборы моделей, аналогичные тем, что используются в Метеобюро, находятся в ведении Австралийского бюро метеорологии , Австралийской организации научных и промышленных исследований Содружества , Южноафриканской метеорологической службы , Норвежского метеорологического института , Новозеландского национального института водных и атмосферных исследований , [Южно] Корейской метеорологической администрации и Национального центра среднесрочного прогнозирования погоды , подчиненного ведомства Министерства наук о Земле Индии .
Австралийское бюро метеорологии имеет оперативную глобальную систему прогнозирования с разрешением 12 км, использующую унифицированную модель. Эта глобальная система обеспечивает граничные условия для ряда региональных систем с более высоким разрешением, также использующих унифицированную модель.
[Южно-] Корейская метеорологическая администрация имеет действующую глобальную систему прогнозирования с разрешением 10 км, использующую унифицированную модель. Эта глобальная система обеспечивает граничные условия для локальной системы унифицированной модели ЧПП с разрешением 1,5 км , охватывающей регион Корейского полуострова.
United Kingdom Chemistry & Aerosols ( UKCA ) — это подмодель UM, которая занимается следовыми газами и химией аэрозолей в рамках модели. [16] Сюда входит расчет концентраций климатически значимых газов, таких как метан и озон , а также состав и эволюция аэрозолей . Как и большая часть UM, UKCA была написана в сотрудничестве между UK Met Office и UK Academia.
Joint UK Land Environment System — это модель поверхности земли, разработанная в сотрудничестве между Метеорологическим бюро и другими научно-исследовательскими институтами. [17] JULES моделирует обмен теплом и влагой между атмосферой Единой модели и поверхностью земли и растительностью. JULES также можно использовать в автономном режиме для оценки воздействия различных климатических моделей на поверхность земли и гидрологию.