Численный прогноз погоды

Численный прогноз погоды использует компьютерную математическую модель атмосферы для составления прогноза погоды. Хотя первые попытки использовать математические модели для прогнозирования погоды были сделаны в 20-х годах XX века, только с изобретением компьютера и компьютерного моделирования стало возможным осуществлять его в режиме реального времени. Данный процесс связан с обработкой огромного набора данных и выполнением сложных вычислений и может быть полноценно осуществлен только на мощных суперкомпьютерах.

ИсторияПравить

В 1904 году Вильгельм Бьеркнес опубликовал работу, в которой прогноз погоды рассматривался как решение системы уравнений гидромеханики сжимаемой жидкости (уравнений Эйлера).

В 1922 году британский математик Льюис Фрай Ричардсон впервые предложил использование численных методов для прогнозирования погоды. Он также попробовал осуществить прогноз погоды используя эти методы, но потерпел неудачу.

В 1940 году И. А. Кибель впервые в мире нашел эффективный практический способ решения системы уравнений Эйлера, которую он называл системой уравнений погоды.

Первый успешный прогноз погоды в США был произведен в 1950 году командой американских метеорологов — Жюлем Чарни, Филипом Томсоном, Ларри Гейтсом, норвежцем Рагнаром Фьюртофтом (англ.) и математиком Джоном фон Нейманом с использованием супер-ЭВМ ENIAC. Они использовали упрощенные модели атмосферных потоков на основе баротропного уравнения вихря скорости. Это упрощение понизило вычислительную сложность задачи и позволило произвести расчеты с использованием доступных в то время вычислительных мощностей[1].

Осуществление численного прогнозирования погоды в постоянном режиме началось в США в 1955 как совместный проект ВВС, ВМФ и Бюро погоды.[2]

Численная модельПравить

Численная модель прогнозирования погоды — это компьютерная программа, построенная на основе системы уравнений гидромеханики (уравнения Эйлера) и составляющая на основе текущих данных метеорологический прогноз. Эта модель может быть глобальной, покрывающей всю Землю, или локальной, покрывающей отдельный участок планеты.

В основе моделей лежат математические уравнения, описывающие аэро- и термодинамические процессы в атмосфере и связывающие такие параметры как плотность, скорость, давление и температуру. Эти уравнения являются нелинейными и не имеют точного решения, поэтому для их решения используются численные методы. Исходные уравнения дискретизируются во времени и пространстве и превращаются в систему линейных уравнений, связывающую наборы физических параметров в выбранных точках (узлах вычислительной сетки). Чем больше используется точек для расчета, тем выше точность модели, но и тем выше требования к вычислительным мощностям ЭВМ.

В качестве исходных данных для моделей используются данные метеозондов, метеоспутников и наземных метеостанций.

См. такжеПравить

ЛитератураПравить

ПримечанияПравить

  1. Harper, 2008, p. 154.
  2. American Institute of Physics. Atmospheric General Circulation Modeling. 2008-01-13.

СсылкиПравить

  • PredictWind — глобальная модель погоды, использующая прогнозирование ветра.
  • meteoblue — карты и метеограммы численных прогнозов погоды по всему миру (модели GFS и NMM, США).
  • PogodaOnline — карты по 14 моделям, от США до Японии.