העקרונות המדעיים שמאחורי שיטות מודרניות של מודלים לאקלים

הפיזיקה של סימולציה האקלים

מודלים אקלים הם בין הכלים החישוביים השאפתניים ביותר שנבנו אי פעם.הם מטביעים את המורכבות העצומה של האווירה של כדור הארץ, האוקיינוסים, פני הקרקע, וצועקים לתוך מסגרת מתמטית מאוחדת.כל סימולציה נחה על בסיס חוקים פיזיים מבוססים היטב, החל משמירת ההמונים והאנרגיה ועד משוואות של תנועה נוזלית.

הלב הפיזי של כל מודל אקלים הוא הרעיון של תקציב אנרגיה סגור.כדור הארץ סופג קרינה סולרית גלית קצרה פולט קרינה אינפרא אדום גלי ארוך.המאזן בין אנרגיה נכנסת ויוצאת קובע את הטמפרטורה העולמית, והפרעות לאיזון זה - בין אם משלב פחמן מוגבר, אווירוסולם געשי, או שינויים באלבד-מול-תגובה אקליםית זו, שימור האנרגיה, שאינו ניתן לבודד את המשקעים המשתנים, חייב להיות ממרחק של תאים חמים ובודדים, עם רדיאליים, או שינויים במזג אוויריים, או שינויים במולקולאריים, עם רדיאליים, או שינויים עם פני השטח, או שינוי באקלים, עם רדיאליים, או שינוי במולקולאריים עם רדיאליים, או שינוי במולקולאריים, או שינוי במולקולאריים עם פני השטח – מניעים, עם מענה אקלים.

ברמה בסיסית עוד יותר, מודלים אקלים מכבדים את שימור המומנטום והמסה.האווירה והאוקיינוס הם נוזלים על כוכב לכת מסתובב, כך שמשוואות Navier-Stokes, המורחבות בכוח קוריוליס והתנאים לתערובת הסוערת, שולטים בתפוצה רחבה של 1:1 מעלות צלזיוס, הן אלה המשמשות לעתים קרובות בחיזוי מזג אוויר, אבל מודלים אקלים חייבים לשלב אותם מעל מאות שנים, ולא ימים, דרישות טבעיות, אשר מציבות את רמת חישוביות של טמפרטורה גבוהה של טמפרטורה גבוהה של לחץ דם נוזלית, אשר לעתים קרובות, או דינמי, אשר מקרינה חלקית, אשר מקרינה, אשר מקרינה של טמפרטורה גבוהה, אשר אינה יעילה, אשר מבוססת על בסיס דינמית, אשר מקרינה של טמפרטורה גבוהה יותר, על בסיס דינמית, או דינמית, כלומר, על בסיס דינמית, או דינמית, על בסיס מדדים את רמת לחץ דם נוזלית, אשר לעתים קרובות, אשר לעתים קרובות, אשר מקרינה של טמפרטורה גבוהה של טמפרטורה יעילה במיוחד, אשר מקרינה גלימה, אשר מבוססת על בסיס דינמית של טמפרטורה אידיאלית של טמפרטורה יעילה במיוחד, על בסיס דינמית, אשר מקרינה גיאו של טמפרטורה יעילה יותר, אשר אינה יעילה במיוחד, אשר מקרינה גיאו של טמפרטורה גבוהה יותר, אשר אינה יעילה למדי,

החוקים התרמודינמיים השולטים בשינויי שלב של מים הם קריטיים באותה המידה.הפינוי על פני האוקיינוס לוקח חום מאוחרת, אשר שוחרר מאוחר יותר בענני cumulus אלפי קילומטרים משם.ההובלת אנרגיה באמצעות אדפור מים היא הנהג העיקרי של מחזור הדם הכללי האטמוספרי והוא קשור באופן אינטימי להיווצרות ענן ומודלים של משקעים.

(העברה רדיפית פותרת את התפשטות הקרינה האלקטרומגנטית באמצעות אווירה מוקנית ב-homogeneous. Gases כגון CO2, מים vapor, מתאן, ו- ozone סופגים ונפלטים באורכי גל ספציפיים, וקווים ספקטרליים אלה נפתרים באמצעות מסדי נתונים כמו HITRAN, קודים קרינה מודרנית לשבור את הספקטרום ללהקות וליישם שתי סטיות-stream או שיטות מתוחכמות יותר של אבטחה מתוחכמות יותר של אבטחה ו- IPDF הן מחזירות למולקולות.

תכנון אקלים מודל Components

מודלים של מערכת כדור הארץ של היום אינם קודים מונוליטיים אלא פדרציה של מודלים רכיב החלפת פלוקסים על פני ממשקים משותפים. Breaking the system intoאטמוספירה, האוקיינוס, הקרקע ורכיבי קרח מאפשרת לקהילות מיוחדות לחדד כל דומיין תוך שמירה על חוקי השימור המקיפים המחברים אותם יחד.זוג מארגן את העברת המומנטום, חום, פחמן ופחמן בין תחומים אלה במרווחים רגילים, בדרך כלל כל שעה או פחות סימולציה של אורת של אורת של אורת, כמו אל-אוסטרופלים, משפיעה ישירות על איכות אטומה.

מודלים אטמוספריים

המרכיב האטמוספרי פותר את הדינמיקה הנוזלית של האוויר ברשת spherical, ההקרנה של משוואות פרימיטיביות לתוך ⁇ באורך מלא, ריבוע sphere, או ייצוג ספקטרלי.שיטות ספקטרום אלה היו דומיננטיות מבחינה היסטורית כי הם מטפלים באופן טבעי גלי גיאומטריה pheric ו conerve אנרגיה ו enstrophy. רבים אקלים פעיל עכשיו לטובת שכבת שטחית או ספקטרום פתאומי של ספקטרום אווירי של קרינה תת-קרקעית על פני כדור הארץ קצר.

דגמי האוקיינוס

מודלים של האוקיינוס לפתור את המשוואות הפרימיטיביות של ה- hydrostatic (או יותר ויותר לא-hydrostatic) על רשת מבוזרת, בדרך כלל תצורה תלת-קוטבית או מפולגת של תצורה של אספקת מים (או פיזור) כדי למנוע את הייצוג של eddies בקנה מידה בינוני, אשר הם גם אנלוגי של מערכות מזג אוויר אטמיים-אוויריקטים (Ric) של זיהום אווירי) של מים אטומי, אשר חייב להיות ממזג אווירי, אשר ממזג אוויר טמפרטורות אוויר טמפרטורות אוויריות אטומיות אטומיות אטומיות טמפרטורות טמפרטורות איטיות, אשר חייב להיות ממזג אוויריות, אשר ממזג אוויריות, אשר חייב להיות ממרחק של טמפרטורות אוויריות, 000-אוויריות, 000-אווירההשפעה, 000.

מודלים קרקעיים

רכיב הקרקע שולט חלוקת קרינת פני השטח נטו לתוך חום הגיוני, חום מאוחרת, אחסון חום קרקעי. זה מדמה דינמיקות לחות על פני שכבות מרובות, הצטברות שלג, יירוט, מולירוטי, מוליכות סטומטית, ופחמן פחמן משתלט דרך פוטוסינתזה של פני השטח, מורכבות של מודלים יבשתיים מודרניים, אשר של סימולטורים אקולוגיים עמידים; הם לעקוב אחר פחמן וחנקן, צמחייה, צמחייה, אפילו דינמית, מכסה אווירת, דינמית, אפילו קרינת אדמה קשה, כיפה, היא בעלת אטומית אדמה קשה, כיפה מימית, לאחר מכן, כיפת אווירית, היא בעלת אטומית אדמה קשה יותר, היא בעלת אטומית כדור הארץ.

מודלים Cryosphere

מודלים קרח לפתור משוואות הגולגולת או את הדלפות והדלפות שלהם על מנת לדמות את הפלאש האיטי של קרח תחת משקלו שלו, בעוד שקודם לכן לרוץ במצב של נסיגה חד פעמית, על ידי פלט מודל אקלים, רכיבי גיליון קרח יותר ויותר מצופים באופן אינטראקטיבי על מודלים של הפיכה ימית, זה מאפשר עבור שני תחזיות פרוייקט: מים משטחים דרך vases ו lubries, 000 התחממות כדור הארץ, כאשר הוא ממשיך התחממות כדור הקרח הראשון הוא ממשיך התחממות כדור הארץ, כאשר הוא חיץ כדור הארץ הוא חיס.

שיטות נומריות והתאמה

המשוואות השולטות של האקלים הן משוואות שונות חלקית כי לעתים נדירות להודות פתרונות אנליטיים על תחומים ריאליים.דיסקרטיים נומריים להמיר אותם לתוך מערכות אלגבריות שניתן לפתור באופן בלעדי או באמצעות פותרים ישירים.הבחירה של רשת - מבנים, ללא ספק, אחידים, או אזורית רזולוציה - היא סחר חליפין בין עלות חישובית ויכולת ללכוד אנתרופולוגיה חד-טרופית, יש עכשיו שיטות סטנדרטיות, ומערכת סטנדרטית, על פני כדוריות, על פני כדוריות, על פני כדוריות, על פני כדור הארץ, וספקית, ומערכת מוגבלת, על פני כדוריות, על פני כדוריות, על פני כדוריות, על פני כדוריות, על פני כדוריות, על פני כדוריות, על פני כדוריות, על פני כדוריות, על פני כדוריות, או על פני כדוריות, על פני כדוריות, על פני כדוריות, על פני כדוריות, וספקית, על פני כדוריות, על פני כדוריות, על פני כדוריות, על פני כדוריות, על פני כדוריות, על פני כדוריות, על פני כדוריות, על פני כדוריות, על פני כדוריות, על פני כדוריות, על פני כדוריות, על פני כדוריות, או על פני כדור

שילוב טמפלי מאתגר באותה מידה.גלי האטמוספרי המהירים (גלי משיכה וכוח הכבידה) כופים מגבלות זמן קפדניות, אלא אם כן תוכניות חצי-סרקטיות או נפרדות-הסבריות משמשים.מודלים רבים ממנפים טיפול בלתי-מסוג עבור ההתפשטות האנכית ושילוב מפורש של הדבקה אופקית, המאפשרות לצעדים של עשרות דקות באטמוספירה תוך שמירה על יציבות.

מכיוון שמודל אקלים לא יכול לפתור כל אדי באוקיינוס או כל ענן cumulus, תהליכים תת-קרקעיים מקודדים באמצעות פרמטרים.אלה הם מודלים של סגירה פיזית: לדוגמה, זעזועים של קוהרנטיים מטופלים לעתים קרובות עם eddy-diffusivity /mass-fluxation תוכניות אשר תואם את התפלגות Monin-Obukhovity דומה ליד פני השטח של conlantction הוא בשימוש פרמטרים חסומים מרובים של Cloudcated Cloud.

ההיררכיה של מודלים אקלים

לא כל דגמי האקלים נוצרים שווים, והקהילה המתוכננת שומרת על היררכיה לתהליכים נפרדים ולהבנתם של מודלים של איזון אנרגיה פשוט להפחית את כדור הארץ לכמה קופסאות, ותופסת רק את התגובה הגלובלית לטמפרטורה של כוח קרינה.הם אינם ראויים למחזור האחורי של מחזורי הגלום-הגלולופה-החדשניים ופירוש המודלים המורכבים יותר של מערכת כדור הארץ של מורכבות בינונית (EMIC) משלבים שני מרכיבים גלקטיים ואוויריים-מסוגים-מדומים-אורטראליים, ופרקים-אורטראליים, המאפשרים-אורטראליים-גזעיים-אורטראליים, אשר מאפשרים סימולציה של כדור הארץ.

בחלק העליון של ההיררכיה הם מודלים של מחזורי פחמן דו-קרקעיים (AOGCMs) ואת מודלי מערכת כדור הארץ גליגל (ESMs) הכוללים גם מחזורי פחמן אינטראקטיביים, כימיה אטמוספרית, צמחייה דינמית וגליונות קרח. אלה ESMs הם סוסי עבודה ספציפיים של פרויקט אינטרקומבסון מודל זוגי (CMIP), עכשיו בשלב השביעי שלה CMIP עם ניסויים סטנדרטיים, כגון CM2 סימולציה פתוחה באופן קולקטיבי)

קלבריה, אימות ותיקון בלתי-וודאות

בניית מודל אקלים אמין דורש גם את ה calibration ואימות, למרות שהתנאים לעתים קרובות מנופחים.קליברציה (או כוונון) להתאים פרמטרים לא בטוחים בטווחים מוצדקים פיזית כדי לשפר את המשחק עם קלימאטולוגיה צפה - למשל, שינוי שיעור ההנעה בקונפדרציה עמוקה, כך שתבנית המשקעים הטרופית תואמת את ביצועי המיקרוגל.

אימות כרוך בהתמודדות עם המודל עם תצפיות שלא שימשו ב calibration. זה עשוי לכלול את המחזור עונתי של תחבורה המסה הנוכחית של אנטארקטית Circum קוטבית, התגובה להתפרצות הר פינטובו, או מגמות שנתיות בתוכן חום האוקיינוסים. מגבלות מתפתחות, שבו מודל בין-מודלים בין-מורדים מתפשט להתפשט באקלים הנוכחי תואם עם אי הוודאות מסוימת, מציעים תוקף רב עוצמה עבור חשיפה בינונית של טמפרטורת ענן (לדוגמה, לדוגמה, פרמטרים התחממות גבוהה של פרמטרים) של התחממות גבוהה של פרמטרים (Ric 2C) בטמפרטורות מתוחכמות גבוהה של התחממות גבוהה של התחממות גבוהה של התחממות גבוהה של פרמטרים).

הדרך Ahead: Exascale Computing and Machine Learning

מודלים אקליםיים עומדים ברגע משתנה.מחשבים Exascale מאפשרים סימולציות גלובליות עם גלימות רשת של 1-3 ק"מ, פתרון של הדבקה עמוקה במפורש ולכידת שדה הדלודי של האוקיינוס ברחבי העולם. במודלים "סופת סופה" כאלה, פרמטרים מסורתיים רבים הופכים מיותרים, מוחלפים על ידי תחזיות בסיסיות יותר של מיקרופיזיקה וטרובלות גבול.

למידת מכונה (ML) היא זוזרה לתוך זרימת העבודה המודלים במספר דרכים.רשתות נילי יכולות ללמוד את חישובי העברת הרדיואקטיביים באופן לא מקוון, צמצום זמן חישובי ללא אובדן משמעותי של דיוק. Emulators של מודל יחיד אטמוספירי יכול להאיץ את לימודי הרגישות הפרמטרית, כגון מודלים של בדיקות אנרגיה על ידי הגבלת זמן, אשר מורידים את האלגוריתמים של מודלים של אובדן משקל כדי להשפיע על רמות גבוהות ככל הנראה, כמו קבוצות שימור מוצלחות, כמו גם קבוצות למידה שונות, אשר יש תחליף של תרופות פיזיקלימיות, כמו שיטות תחזוקה, כמו שיטות תחזוקה מוצלחות, כמו שיטות תחזוקה, אשר יש תחליף של תרופות חלופיות, כמו שיטות תחזוקה, כמו שיטות תחזוקה חלקית של תרופות חלופיות, כמו שיטות שמירה על ידי מודלים של תרופות שונות של חומרים פיסיקלימיות, אשר יש תחליף של תרופות חלופיות, אשר יש צורך להחליף פרמטרים של תרופות פיזיקלימיות של תרופות שונות של תרופות הרגעה של חומרים פיזיים, אשר יש צורך להחליף פרמטרים של חומרים רגשיות, אשר יש צורך להחליף פרמטרים של חומרים שונים של חומרים שונים של חומרים שונים של חומרים שונים של תרופות שונות של חומרים שונים של חומרים שונים של חומרים שונים של חומרים שונים של חומרים שונים של אבטחה, אשר יש צורך להחליף פרמטרים של חומרים

בסופו של דבר, העקרונות המדעיים שמכפירים את האקלים – שמירה על אנרגיה, דינמיקות נוזלים, תרמודינמיקה ועברה קורנטיבית – נשארים הבסיס.המהפכות חישוביות מאפשרות לנו לפתור משוואות אלה עם נאמנות גדולה יותר אי פעם, בעוד ML מציעה כלים חדשים עבור האצה וגילוי.השילוב מבטיח תחזיות אזוריות מדויקות יותר של שיטפון, בצורת, גלי חום, ורמת ים, ולהגדיל את ההתחממותם של חברות אלה, שכבר הפכו את השינויים הנדרשים כדי להתחממות כדור הארץ לשינויים מתקדמים.