هواشناسی خراسان شمالی
مدل سازی بارش های همرفتی
مدل سازی بارش های همرفتی
زندگی بشر در بسیاری جهات، بستگی به دسترسی به آب دارد، و در نتیجه نسبت به تغییرات در چرخه آب جهانی آسیب پذیر می باشد. طرح های جهانی اقلیمی پیش بینی می کنند که گرم شدن هوا منجر به رویدادهای بارندگی کمتر، افزایش احتمال خشکسالی و بارندگی های شدید تر و حدی در هنگام بارش می شود. در این زمینه، تاکید بیشتری برای پیش بینی بهتر از چرخه آب جهانی، و به ویژه بارش وجود دارد.
بارش می تواند در مقیاس بزرگ، معمولا به شکل فرآیندهای جبهه ای و یا به شکل همرفت که در مقیاس های کوچکتر رخ میدهد، اتفاق بیافتد. شبیه سازی فرآیندهای همرفت به شکل یک چالش برای پیش بینی عددی وضع هوا و مدل های آب و هوایی باقی مانده است.
چالش های مدلسازی بارش همرفتی
اگرچه بازنمایی همرفت در مدل های عددی به طور قابل ملاحظه ای در دهه های اخیر بهبود یافته است، بر اساس بررسی های اخیر در مدل های اقلیمی و هواشناسی در مراکز مدلسازی جهانی، بارندگی همرفتی همچنان بزرگترین علت خطاهای نظام مند (سیستماتیک) هستند.
همرفت فرایندی پیچیده است و مدل سازی آن سخت می باشد، به این دلیل که خود شامل فرآیندهای متعددی است، که بسیاری از آنها در مقیاس کوچکتر از سلول شبکه مدل هواشناسی هستند، بنابراین آنها نیاز به پارامتریزه شدن دارند. پیش فرض هایی باید لحاظ شوند تا پارامتریزه کردن همرفت بسیاری از خطاهای سیستماتیک در بارش همرفتی را توجیه کند.
طرح های اقلیمی و پیش بینی های آب و هوایی جهانی در مقیاس طوفان همرفتی (2-4 کیلومتر)، که در آن سیستم های همرفتی عمیق حداقل تا حدی حل شده اند، در حال حاضر قابل دسترس است و یک فرصت واقعی برای درک و بهبود در برخی از خطاهای پایدار در بارش همرفتی فراهم آورده است. در واقع, ECMWF در نظر دارد اولین پیش بینی کلی آب و هوایی جهانی را با وضوح افقی حدود 4 – 5 کیلومتر تا سال 2025 به انجام برساند.
در طول بازدید سه ماهه توبیاس از در تیم فرآیندهای فیزیکی در ECMWF در بهار 2019, ما اثبات کردیم که چنین شبیه سازی هایی قابلیت های هیجان انگیزی برای کاهش برخی از پایدارترین تورش های (اریبی) سیستماتیک در بارش همرفتی را فراهم می آورند. ما یک مقایسه سیستماتیک از پیش بینی های جهانی 4 کیلومتری را بین دو حالت با و بدون جابجایی عمیق پارامتریزه شده به وسیله سیستم پیش بینی یکپارچه (IFS) متعلق به ECMWF انجام دادیم.
محدودیت های پارامتریزه کردن فرایندهای همرفتی
اغلب خطاهای سیستماتیک در بارش همرفتی از مفروضات لازم در پارامتریزه کردن همرفتی بوجود می آیند:
• راه اندازی همرفت
• اختلاط دودهای همرفتی با محیط زیست و
• برآورد شدت کلی همرفت به عنوان تابعی از بی ثباتی همرفتی که ناشی از صعود در مقیاس بزرگ و گرم شدن سطح است
ما تجزیه و تحلیل خود را بر پیش بینی های IFS در قسمت گرمسیری آفریقا متمرکز کردیم، منطقه ای که در آن خطوط تندوزه بزرگ و طولانی مدت در اواخر تابستان شکل می گیرد و کاستی های پارامتریزه کردن فرایندهای همرفتی در آن به خوبی آشکار می شود. ما دریافتیم که هنگامی که پارامتریزاسیون عمیق همرفت استفاده می شود، اریبی های پیش بینی با تفکیک مکانی 4 کیلومتر شبیه پیش بینی های عملیاتی ECMWF با تفکیک مکانی 9 کیلومتر است. بنابراین ، در این پیش بینی ها شروع بارش خیلی زود پیش بینی می شود و برای مدت زمان به اندازه کافی طولانی حفظ نمی شود، همچنین در این پیش بینی ها سیستم های همرفتی میان مقیاس بسیار صلب هستند و گاهی اوقات برخلاف آنچه که مشاهده می شود حتی در برابر جریان سطوح پایین شرقی منتشر می شوند.
 

شکل1- یک مثال برای سیستم های همرفتی میان مقیاس بر روی آفریقای گرمسیری
این اشتباهات سیستماتیک را می توان به کمبود حافظه در پارامتریزاسیون و نمایش ناقص تعامل بین مقیاس همرفتی و جریان در مقیاس بزرگ مرتبط دانست. در مقابل ، هنگامی که پاراریاسیون عمیق همرفت خاموش است (آزمایش های "صریح" مورد بحث در زیر)، سیستم های همرفتی مقیاس به شیوه ای واقعی تر انتشار می یابند، اما شدت آنها در مقایسه با داده های بارش در دسترس بیش از حد تخمین زده می شود و همرفت بیش از حد در یک منطقه متمرکز می شود، به خصوص در اقیانوس های استوایی.
تاریخ:
1399/01/05
تعداد بازدید:
99
منبع: