نموذج المناخ

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 18 صور
الموسوعة الحرة

تقسم نماذج المناخ الكوكب إلى شبكة ثلاثية الأبعاد وتطبق معادلات تفاضلية على كل شبكة. وتستند المعادلات إلى القوانين الأساسية للفيزياء وحركة السوائل والكيمياء .

النماذج المناخية الرقمية (أو نماذج نظام المناخ ) هي نماذج رياضية يمكنها محاكاة تفاعلات محركات المناخ المهمة . هذه المحركات هي الغلاف الجوي والمحيطات وسطح الأرض والجليد . يستخدم العلماء نماذج المناخ لدراسة ديناميكيات نظام المناخ ولإجراء توقعات للمناخ المستقبلي وتغير المناخ . يمكن أن تكون نماذج المناخ أيضًا نماذج نوعية (أي ليست رقمية) وتحتوي على سرديات وصفية إلى حد كبير للمستقبل المحتمل. [1]

تأخذ نماذج المناخ في الاعتبار الطاقة الواردة من الشمس وكذلك الطاقة الصادرة من الأرض. ويؤدي اختلال التوازن إلى تغير في درجة الحرارة . وتكون الطاقة الواردة من الشمس في شكل إشعاع كهرومغناطيسي قصير الموجة ، وخاصة الأشعة تحت الحمراء المرئية والموجات القصيرة (القريبة) . وتكون الطاقة الصادرة في شكل طاقة كهرومغناطيسية طويلة الموجة (بعيدة) . وتشكل هذه العمليات جزءًا من ظاهرة الاحتباس الحراري .

تختلف نماذج المناخ في تعقيدها. على سبيل المثال، يعامل نموذج بسيط لانتقال الحرارة الإشعاعية الأرض كنقطة واحدة ويحسب متوسط ​​الطاقة الصادرة. ويمكن توسيع هذا النموذج عموديًا (نماذج الحمل الحراري الإشعاعي) وأفقيًا. النماذج الأكثر تعقيدًا هي نماذج المناخ العالمي المقترنة بالغلاف الجوي والمحيط والجليد البحري . تحل هذه الأنواع من النماذج المعادلات الكاملة لانتقال الكتلة ونقل الطاقة والتبادل الإشعاعي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن ربط أنواع أخرى من النماذج ببعضها البعض. على سبيل المثال، تتضمن نماذج نظام الأرض أيضًا استخدام الأراضي بالإضافة إلى تغييرات استخدام الأراضي . وهذا يسمح للباحثين بالتنبؤ بالتفاعلات بين المناخ والنظم البيئية .

النماذج المناخية هي أنظمة من المعادلات التفاضلية تعتمد على القوانين الأساسية للفيزياء وحركة السوائل والكيمياء . يقسم العلماء الكوكب إلى شبكة ثلاثية الأبعاد ويطبقون المعادلات الأساسية على تلك الشبكات. تحسب النماذج الجوية الرياح وانتقال الحرارة والإشعاع والرطوبة النسبية وعلم المياه السطحية داخل كل شبكة وتقيم التفاعلات مع النقاط المجاورة. يتم ربطها بنماذج المحيطات لمحاكاة تقلب المناخ والتغير الذي يحدث على فترات زمنية مختلفة بسبب تحول التيارات المحيطية والحجم الأكبر بكثير والسعة الحرارية للمحيط العالمي. يمكن أيضًا تطبيق محركات التغيير الخارجية . إن تضمين نموذج للغطاء الجليدي يفسر بشكل أفضل التأثيرات طويلة المدى مثل ارتفاع مستوى سطح البحر .

الاستخدامات

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من المؤسسات التي يتم فيها تطوير نماذج المناخ وتنفيذها واستخدامها:

إن النماذج المناخية الكبيرة ضرورية ولكنها ليست مثالية. ولا يزال من الضروري إيلاء الاهتمام للعالم الحقيقي (ما يحدث ولماذا). والنماذج العالمية ضرورية لاستيعاب جميع الملاحظات، وخاصة من الفضاء (الأقمار الصناعية) وإنتاج تحليلات شاملة لما يحدث، ومن ثم يمكن استخدامها للتنبؤات/التوقعات. وتلعب النماذج البسيطة دورًا يُساء استخدامه على نطاق واسع ويفشل في التعرف على التبسيطات مثل عدم تضمين دورة المياه. [2] 

نماذج الدورة العامة

النماذج المناخية عبارة عن أنظمة من المعادلات التفاضلية تعتمد على القوانين الأساسية للفيزياء وحركة السوائل والكيمياء . لتشغيل نموذج ما، يقسم العلماء الكوكب إلى شبكة ثلاثية الأبعاد، ويطبقون المعادلات الأساسية، ويقيمون النتائج. تحسب النماذج الجوية الرياح ، وانتقال الحرارة ، والإشعاع ، والرطوبة النسبية ، وعلم المياه السطحية داخل كل شبكة، وتقيم التفاعلات مع النقاط المجاورة. [3]

نموذج الدورة العامة (GCM) هو نوع من نماذج المناخ. وهو يستخدم نموذجًا رياضيًا للدورة العامة للغلاف الجوي أو المحيط الكوكبي. ويستخدم معادلات نافير-ستوكس على كرة دوارة مع مصطلحات ترموديناميكية لمصادر الطاقة المختلفة ( الإشعاع والحرارة الكامنة ) . تشكل هذه المعادلات الأساس لبرامج الكمبيوتر المستخدمة لمحاكاة الغلاف الجوي أو محيطات الأرض. تعد نماذج الدورة العامة للغلاف الجوي والمحيطي (AGCM و OGCM ) مكونات رئيسية إلى جانب مكونات الجليد البحري وسطح الأرض .

تُستخدم نماذج المناخ العالمي والنماذج المناخية العالمية للتنبؤ بالطقس وفهم المناخ والتنبؤ بتغير المناخ .

نماذج المناخ العامة للغلاف الجوي (AGCMs) تنمذج الغلاف الجوي وتفرض درجات حرارة سطح البحر كظروف حدودية. نماذج المناخ العامة المقترنة للغلاف الجوي والمحيط (مثل HadCM3 و EdGCM و GFDL CM2.X وARPEGE-Climat) [4] تجمع بين النموذجين. تم تطوير أول نموذج مناخي للدورة العامة يجمع بين العمليات المحيطية والغلاف الجوي في أواخر الستينيات في مختبر ديناميكيات السوائل الجيوفيزيائية التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي [5]. تمثل نماذج المناخ العامة للغلاف الجوي قمة التعقيد في نماذج المناخ وتستوعب أكبر عدد ممكن من العمليات. ومع ذلك، فهي لا تزال قيد التطوير ولا تزال هناك شكوك. يمكن ربطها بنماذج لعمليات أخرى، مثل دورة الكربون ، من أجل نمذجة تأثيرات ردود الفعل بشكل أفضل. يشار إلى مثل هذه النماذج المتكاملة متعددة الأنظمة أحيانًا باسم "نماذج نظام الأرض" أو "نماذج المناخ العالمية".

تم إنشاء الإصدارات المصممة لتطبيقات المناخ على نطاق زمني يتراوح من عقد إلى قرن من الزمان في الأصل بواسطة Syukuro Manabe و Kirk Bryan في مختبر ديناميكيات السوائل الجيوفيزيائية (GFDL) في برينستون، نيو جيرسي . [3] تعتمد هذه النماذج على دمج مجموعة متنوعة من معادلات ديناميكية السوائل والكيميائية وأحيانًا البيولوجية.

نماذج توازن الطاقة (EBMs)

كان محاكاة نظام المناخ في الفضاء والزمان ثلاثي الأبعاد بالكامل غير عملي قبل إنشاء المرافق الحسابية الكبيرة التي بدأت في ستينيات القرن العشرين. من أجل البدء في فهم العوامل التي ربما تكون قد غيرت حالات المناخ القديمة للأرض ، كان من الضروري تقليل التعقيدات المكونة والأبعاد للنظام. تم تطوير نموذج كمي بسيط يوازن بين الطاقة الواردة والصادرة لأول مرة للغلاف الجوي في أواخر القرن التاسع عشر. [6] وبالمثل، تسعى نماذج أخرى من نماذج المناخ القائمة على الأرض إلى وصف اقتصادي لدرجات حرارة السطح من خلال تطبيق قيد الحفاظ على الطاقة على الأعمدة الفردية لنظام الأرض والغلاف الجوي. [7]

تتضمن السمات الأساسية لنماذج النظم القائمة على الأدلة بساطتها المفاهيمية النسبية وقدرتها على إنتاج حلول تحليلية في بعض الأحيان . [8] : 19  تأخذ بعض النماذج في الاعتبار تأثيرات المحيطات أو الأراضي أو الجليد على ميزانية السطح. وتشمل نماذج أخرى التفاعلات مع أجزاء من دورة المياه أو دورة الكربون . يمكن أن تكون مجموعة متنوعة من هذه النماذج وغيرها من نماذج النظام المختزل مفيدة للمهام المتخصصة التي تكمل نماذج المناخ العام، وخاصة لسد الفجوات بين المحاكاة والفهم. [9] [10]

نماذج ذات أبعاد صفرية

تعتبر النماذج ذات الأبعاد الصفرية الأرض بمثابة نقطة في الفضاء، على غرار النقطة الزرقاء الشاحبة التي يراها فوييجر 1 أو رؤية عالم الفلك للأجسام البعيدة جدًا. هذه الرؤية الخالية من الأبعاد، على الرغم من محدوديتها الشديدة، لا تزال مفيدة من حيث أن قوانين الفيزياء قابلة للتطبيق بشكل جماعي على الأجسام غير المعروفة، أو بطريقة مجمعة مناسبة إذا كانت بعض الخصائص الرئيسية للجسم معروفة. على سبيل المثال، يعرف علماء الفلك أن معظم الكواكب في نظامنا الشمسي تتميز بنوع من السطح الصلب/السائل المحاط بغلاف جوي غازي.

نموذج يجمع بين السطح والجو

نموذج بسيط للغاية للتوازن الإشعاعي للأرض هو

أين

  • يمثل الجانب الأيسر إجمالي طاقة الموجة القصيرة الواردة (بالواط) من الشمس
  • يمثل الجانب الأيمن إجمالي الطاقة الموجية الطويلة الصادرة (بالواط) من الأرض، والتي تم حسابها من قانون ستيفان بولتزمان .

تتضمن المعلمات الثابتة

  • S هو الثابت الشمسي - الإشعاع الشمسي الوارد لكل وحدة مساحة - حوالي 1367 واط/م −2
  • r هو نصف قطر الأرض، أي ما يعادل تقريبًا 6.371×10 6  م
  • π هو الثابت الرياضي (3.141...)
  • هو ثابت ستيفان بولتزمان — تقريبًا 5.67×10 −8 J·K −4 ·m −2 ·s −1

يمكن إخراج الثابت ، مما يعطي معادلة صفرية الأبعاد للتوازن

أين

  • يمثل الجانب الأيسر تدفق طاقة الموجة القصيرة الواردة من الشمس بوحدة W·m −2
  • يمثل الجانب الأيمن تدفق الطاقة الموجية الطويلة الصادرة من الأرض بوحدة W·m −2 .

تتضمن المعلمات المتغيرة المتبقية الخاصة بالكوكب ما يلي:

  • هو متوسط ​​انعكاس الأرض ، والذي تم قياسه ليكون 0.3. [11] [12]
  • هي متوسط ​​درجة حرارة سطح الأرض ، والتي تم قياسها بحوالي 288  كلفن اعتبارًا من عام 2020 [13]
  • هي الانبعاثية الفعالة لسطح الأرض والغلاف الجوي (بما في ذلك السحب). وهي كمية تتراوح بين 0 و1 يتم حسابها من التوازن لتكون حوالي 0.61. بالنسبة للمعالجة ذات الأبعاد الصفرية، فهي تعادل قيمة متوسطة لجميع زوايا الرؤية.

هذا النموذج البسيط جدًا مفيد للغاية. على سبيل المثال، يُظهر حساسية درجة الحرارة للتغيرات في الثابت الشمسي، أو بياض الأرض، أو الانبعاثية الفعّالة للأرض. تقيس الانبعاثية الفعّالة أيضًا قوة تأثير الاحتباس الحراري الجوي ، لأنها نسبة الانبعاثات الحرارية التي تهرب إلى الفضاء مقابل تلك المنبعثة من السطح. [14]

يمكن مقارنة الانبعاثية المحسوبة بالبيانات المتاحة. تتراوح انبعاثية السطح الأرضي جميعها في نطاق 0.96 إلى 0.99 [15] [16] (باستثناء بعض المناطق الصحراوية الصغيرة التي قد تكون منخفضة إلى 0.7). ومع ذلك، فإن السحب التي تغطي حوالي نصف سطح الكوكب، لها انبعاثية متوسطة تبلغ حوالي 0.5 [17] (يجب تقليلها بالقوة الرابعة لنسبة درجة الحرارة المطلقة للسحب إلى متوسط ​​درجة الحرارة المطلقة للسطح) ومتوسط ​​درجة حرارة السحب حوالي 258 كلفن (−15 درجة مئوية؛ 5 درجات فهرنهايت). [18] يؤدي أخذ كل هذا في الاعتبار بشكل صحيح إلى انبعاثية أرضية فعالة تبلغ حوالي 0.64 (متوسط ​​درجة حرارة الأرض 285 كلفن (12 درجة مئوية؛ 53 درجة فهرنهايت)). [ بحاجة لمصدر ]

نماذج ذات طبقات سطحية وجوية منفصلة

مادة EBM ذات طبقة واحدة مع سطح الجسم الأسود

تم إنشاء نماذج بلا أبعاد أيضًا مع طبقات جوية منفصلة وظيفيًا عن السطح. أبسط هذه النماذج هو نموذج الطبقة الواحدة ذي الأبعاد الصفرية ، [19] والذي يمكن تمديده بسهولة إلى عدد عشوائي من الطبقات الجوية. تتميز كل من الطبقة السطحية والغلاف الجوي بقيمة درجة حرارة وانبعاثية مقابلة، ولكن بدون سمك. يؤدي تطبيق التوازن الإشعاعي (أي الحفاظ على الطاقة) عند الواجهات بين الطبقات إلى إنتاج مجموعة من المعادلات المقترنة التي يمكن حلها. [20]

تنتج النماذج الطبقية درجات حرارة تقدر بشكل أفضل تلك التي تم رصدها لسطح الأرض ومستويات الغلاف الجوي. [21] كما أنها توضح بشكل أكبر عمليات نقل الحرارة الإشعاعية التي تكمن وراء تأثير الاحتباس الحراري. تم نشر تقدير هذه الظاهرة باستخدام نسخة من النموذج أحادي الطبقة لأول مرة بواسطة Svante Arrhenius في عام 1896. [6]

نماذج الإشعاع الحملي

يعد بخار الماء أحد العوامل الرئيسية التي تحدد انبعاثية الغلاف الجوي للأرض. فهو يؤثر على تدفقات الإشعاع ويتأثر بتدفقات الحمل الحراري بطريقة تتوافق مع تركيزه المتوازن ودرجة حرارته كدالة للارتفاع (أي توزيع الرطوبة النسبية ). وقد تم إثبات ذلك من خلال تحسين نموذج البعد الصفري في العمودي إلى نموذج إشعاعي حملي أحادي البعد يأخذ في الاعتبار عمليتين لنقل الطاقة: [22]

  • انتقال الإشعاع الصاعد والهابط عبر طبقات الغلاف الجوي التي تمتص وتبعث الأشعة تحت الحمراء
  • النقل الحراري إلى الأعلى عن طريق الهواء والحمل الحراري للبخار، وهو أمر مهم بشكل خاص في طبقة التروبوسفير السفلى .

تتمتع النماذج الإشعاعية الحملية بمزايا مقارنة بالنماذج الأبسط كما أنها تشكل الأساس لنماذج أكثر تعقيدًا. [23] ويمكنها تقدير درجة حرارة السطح وتغير درجة الحرارة مع الارتفاع بطريقة أكثر واقعية. كما أنها تحاكي الانخفاض الملحوظ في درجة حرارة الغلاف الجوي العلوي وارتفاع درجة حرارة السطح عندما يتم تضمين كميات ضئيلة من غازات الدفيئة غير القابلة للتكثيف الأخرى مثل ثاني أكسيد الكربون . [22]

يتم تضمين معلمات أخرى أحيانًا لمحاكاة التأثيرات المحلية في أبعاد أخرى ومعالجة العوامل التي تحرك الطاقة حول الأرض. على سبيل المثال، تم التحقيق في تأثير ردود الفعل الجليدية على حساسية المناخ العالمي باستخدام نموذج مناخي إشعاعي حملي أحادي البعد. [24] [25]

نماذج ذات أبعاد أعلى

قد يتم توسيع النموذج ذي الأبعاد الصفرية ليشمل الطاقة المنقولة أفقيًا في الغلاف الجوي. قد يكون هذا النوع من النماذج متوسطًا على المستوى الإقليمي . يتمتع هذا النموذج بميزة السماح بالاعتماد العقلاني على البياض المحلي والانبعاثية على درجة الحرارة - يمكن السماح للأقطاب بأن تكون جليدية وخط الاستواء دافئًا - لكن الافتقار إلى الديناميكيات الحقيقية يعني أنه يجب تحديد عمليات النقل الأفقية. [26]

تشمل الأمثلة المبكرة أبحاث ميخائيل بوديكو وويليام د. سيلرز اللذين عملا على نموذج بوديكو-سيلرز ). [27] [28] أظهر هذا العمل أيضًا دور التغذية الراجعة الإيجابية في نظام المناخ وقد تم اعتباره أساسًا لنماذج توازن الطاقة منذ نشره في عام 1969. [7] [29]

نماذج أنظمة الأرض ذات التعقيد المتوسط ​​(EMICs)

اعتمادًا على طبيعة الأسئلة المطروحة والمقاييس الزمنية ذات الصلة، توجد في أحد الطرفين نماذج مفاهيمية أكثر استقرائية، وفي الطرف الآخر نماذج للدورة العامة تعمل بأعلى دقة مكانية وزمنية ممكنة حاليًا. تعمل نماذج التعقيد المتوسط ​​على سد الفجوة. أحد الأمثلة هو نموذج Climber-3. غلافه الجوي عبارة عن نموذج ديناميكي إحصائي ثنائي الأبعاد بدقة 7.5 درجة × 22.5 درجة وخطوة زمنية نصف يوم؛ المحيط هو MOM-3 ( نموذج المحيط المعياري ) بشبكة 3.75 درجة × 3.75 درجة و24 مستوى رأسيًا. [30]

نماذج الصناديق

مخطط لنموذج صندوق بسيط يستخدم لتوضيح التدفقات في الدورات الجيوكيميائية، حيث يظهر المصدر (Q) والمصرف (S) والخزان (M)

النماذج الصندوقية هي نسخ مبسطة من الأنظمة المعقدة، حيث يتم تقليصها إلى صناديق (أو خزانات ) مرتبطة بتدفقات. يُفترض أن الصناديق مختلطة بشكل متجانس. وبالتالي، داخل صندوق معين، يكون تركيز أي نوع كيميائي موحدًا. ومع ذلك، قد تختلف وفرة نوع ما داخل صندوق معين كدالة للوقت بسبب المدخلات إلى الصندوق (أو الخسارة منه) أو بسبب إنتاج أو استهلاك أو تحلل هذا النوع داخل الصندوق. [ بحاجة لمصدر ]

غالبًا ما تكون نماذج الصناديق البسيطة، أي نموذج الصندوق الذي يحتوي على عدد صغير من الصناديق التي لا تتغير خصائصها (مثل حجمها) مع الوقت، مفيدة لاستنباط صيغ تحليلية تصف ديناميكيات وفرة النوع في الحالة المستقرة. عادةً ما يتم حل نماذج الصناديق الأكثر تعقيدًا باستخدام تقنيات عددية. [ بحاجة لمصدر ]

تُستخدم نماذج الصندوق على نطاق واسع لنمذجة الأنظمة البيئية أو النظم البيئية وفي دراسات دوران المحيطات ودورة الكربون . [31] وهي أمثلة على نموذج متعدد المقصورات .

تاريخ

في عام 1956، طور نورمان فيليبس نموذجًا رياضيًا يصور بشكل واقعي الأنماط الشهرية والموسمية في طبقة التروبوسفير. كان هذا أول نموذج مناخي ناجح. [32] [33] ثم بدأت عدة مجموعات في العمل على إنشاء نماذج الدورة العامة . [34] جمع أول نموذج مناخي للدورة العامة بين العمليات المحيطية والغلاف الجوي وتم تطويره في أواخر الستينيات في مختبر ديناميكيات السوائل الجيوفيزيائية ، وهو أحد مكونات الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي بالولايات المتحدة . [35]

بحلول عام 1975، طور مانابي وويذرالد نموذجًا ثلاثي الأبعاد للمناخ العالمي أعطى تمثيلًا دقيقًا تقريبًا للمناخ الحالي. أدى مضاعفة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للنموذج إلى ارتفاع في درجة الحرارة العالمية بنحو درجتين مئويتين. [36] أعطت العديد من أنواع النماذج الحاسوبية الأخرى نتائج مماثلة: كان من المستحيل عمل نموذج يعطي شيئًا يشبه المناخ الفعلي ولا ترتفع درجة الحرارة عند زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون.

بحلول أوائل الثمانينيات، طور المركز الوطني الأمريكي لأبحاث الغلاف الجوي نموذج الغلاف الجوي المجتمعي (CAM)، والذي يمكن تشغيله بمفرده أو كمكون جوي لنموذج نظام المناخ المجتمعي . تم إصدار أحدث تحديث (الإصدار 3.1) من CAM المستقل في 1 فبراير 2006. [37] [38] [39] في عام 1986، بدأت الجهود لتهيئة ونمذجة أنواع التربة والنباتات، مما أدى إلى توقعات أكثر واقعية. [40] يتم استخدام نماذج مناخ المحيط والغلاف الجوي المقترنة، مثل نموذج HadCM3 التابع لمركز هادلي للتنبؤ بالمناخ والبحث ، كمدخلات لدراسات تغير المناخ . [34]

زيادة ثقة التوقعات بمرور الوقت

صرحت اللجنة الدولية للتغيرات المناخية في عام 2010 بأنها زادت من ثقتها في التوقعات الصادرة عن نماذج المناخ:

"هناك ثقة كبيرة في أن نماذج المناخ تقدم تقديرات كمية موثوقة لتغير المناخ في المستقبل، وخاصة على المستوى القاري وما فوق. وتأتي هذه الثقة من أساس النماذج في المبادئ الفيزيائية المقبولة ومن قدرتها على إعادة إنتاج السمات المرصودة للمناخ الحالي والتغيرات المناخية السابقة. والثقة في تقديرات النماذج أعلى بالنسبة لبعض متغيرات المناخ (مثل درجة الحرارة) مقارنة بغيرها (مثل هطول الأمطار). وعلى مدى عدة عقود من التطوير، قدمت النماذج باستمرار صورة قوية لا لبس فيها للاحتباس الحراري الكبير استجابة لتزايد غازات الاحتباس الحراري." [41]

تنسيق البحوث

يقوم برنامج أبحاث المناخ العالمي (WCRP)، الذي تستضيفه المنظمة العالمية للأرصاد الجوية (WMO)، بتنسيق الأنشطة البحثية المتعلقة بالنمذجة المناخية في جميع أنحاء العالم.

ناقش تقرير صادر عن المجلس الوطني للبحوث في الولايات المتحدة في عام 2012 كيف يمكن لمؤسسة النمذجة المناخية الكبيرة والمتنوعة في الولايات المتحدة أن تتطور لتصبح أكثر توحدًا. [42] ووجد التقرير أنه يمكن تحقيق الكفاءة من خلال تطوير بنية أساسية مشتركة للبرمجيات يتقاسمها جميع الباحثين في المناخ في الولايات المتحدة، وعقد منتدى سنوي للنمذجة المناخية. [43]

مشاكل

استهلاك الكهرباء

تُدار نماذج المناخ التي تحل بيانات السحابة حاليًا على أجهزة كمبيوتر عملاقة عالية الكثافة تستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة وبالتالي تتسبب في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. [ 44]  وتتطلب هذه النماذج الحوسبة على نطاق إكساسكيل (مليار مليار - أي كوينتيليون - عملية حسابية في الثانية). على سبيل المثال، يستهلك حاسوب فرونتير العملاق على نطاق إكساسكيل 29 ميجاوات. [45] ويمكنه محاكاة مناخ عام كامل على نطاق حل بيانات السحابة في يوم واحد. [46]

تتضمن التقنيات التي يمكن أن تؤدي إلى توفير الطاقة، على سبيل المثال: "تقليل دقة حساب النقطة العائمة؛ وتطوير خوارزميات التعلم الآلي لتجنب العمليات الحسابية غير الضرورية؛ وإنشاء جيل جديد من الخوارزميات الرقمية القابلة للتطوير والتي من شأنها تمكين إنتاجية أعلى من حيث السنوات المحاكاة لكل يوم على مدار الساعة." [44]

المعلمة

إن تحديد المعلمات في نموذج الطقس أو المناخ هو طريقة لاستبدال العمليات التي تكون صغيرة الحجم أو معقدة للغاية بحيث لا يمكن تمثيلها فعليًا في النموذج بعملية مبسطة. ويمكن مقارنة ذلك بعمليات أخرى - مثل تدفق الغلاف الجوي على نطاق واسع - والتي يتم حلها صراحةً داخل النماذج. وترتبط بهذه التحديدات المعلمات العديد من المعلمات المستخدمة في العمليات المبسطة. وتشمل الأمثلة معدل نزول قطرات المطر، والسحب الحملية، وتبسيطات النقل الإشعاعي الجوي على أساس أكواد النقل الإشعاعي الجوي ، والفيزياء الدقيقة للسحب . تعد تحديدات المعلمات الإشعاعية مهمة لكل من النمذجة الجوية والمحيطية على حد سواء. كما يجب تحديد معلمات الانبعاثات الجوية من مصادر مختلفة داخل صناديق الشبكة الفردية لتحديد تأثيرها على جودة الهواء .

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ IPCC (2014). "تقرير تجميعي للتقييم الخامس - تغير المناخ 2014. مساهمة مجموعات العمل الأولى والثانية والثالثة في تقرير التقييم الخامس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ" (PDF) : 58. المربع 2.3. "النماذج" هي في العادة محاكاة رقمية لأنظمة العالم الحقيقي، معايرة ومحققة باستخدام الملاحظات من التجارب أو القياسات، ثم يتم تشغيلها باستخدام بيانات الإدخال التي تمثل المناخ المستقبلي. يمكن أن تتضمن النماذج أيضًا سرديات وصفية إلى حد كبير للمستقبل المحتمل، مثل تلك المستخدمة في بناء السيناريوهات. غالبًا ما تُستخدم النماذج الكمية والوصفية معًا. {{cite journal}}: تتطلب المجلة الاستشهاد بها |journal=( مساعدة )
  2. ^ ترينبيرث، كيفن إي. (2022). "الفصل الأول: الأرض ونظام المناخ". التدفق المتغير للطاقة عبر نظام المناخ (طبعة واحدة). مطبعة جامعة كامبريدج. doi :10.1017/9781108979030. ISBN 978-1-108-97903-0.
  3. ^ "أول نموذج للمناخ". احتفال الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي بالذكرى المئوية الثانية. 2007.
  4. ^ [1] تم أرشفته في 27 سبتمبر 2007 على موقع Wayback Machine
  5. ^ "NOAA 200th Top Tens: Breakthroughs: The First Climate Model". noaa.gov .
  6. ^ ab Svante Arrhenius (1896). "حول تأثير حمض الكربونيك في الهواء على درجة حرارة الأرض". المجلة الفلسفية ومجلة العلوم . 41 (251): 237-276. doi :10.1080/14786449608620846.
  7. ^ ab North, Gerald R.; Stevens, Mark J. (2006), "Energy-balance climate models", in Kiehl, JT; Ramanathan, V. (eds.), Frontiers in Climate Modelling , Cambridge University, p. 52, doi :10.1017/CBO9780511535857.004, hdl : 2060/19810008165 , ISBN 9780511535857
  8. ^ نورث، جيرالد ر.؛ كوانج يول، كيم (2017)، نماذج مناخ توازن الطاقة ، سلسلة وايلي في الفيزياء الجوية والاستشعار عن بعد، وايلي-VCH، رقم ISBN 978-3-527-41132-0
  9. ^ هيلد، إسحاق م. (2005). "الفجوة بين المحاكاة والفهم في نمذجة المناخ". نشرة الجمعية الأمريكية للأرصاد الجوية . 86 (11): 1609-1614. doi :10.1175/BAMS-86-11-1609.
  10. ^ بولفاني، إل إم؛ كليمنت، إيه سي؛ ميدوروس، بي؛ بينيديكت، جيه جيه؛ سيمبسون، آي آر (2017). "عندما يكون القليل أكثر: فتح الباب أمام نماذج مناخية أبسط". إي أو إس (98). doi : 10.1029/2017EO079417 .
  11. ^ Goode, PR; et al. (2001). "Earthshine Observations of the Earth's Reflectance" (PDF) . Geophys. Res. Lett . 28 (9): 1671–4. Bibcode :2001GeoRL..28.1671G. doi :10.1029/2000GL012580. S2CID  34790317. مؤرشف من الأصل (PDF) في 22 يوليو 2018.
  12. ^ "علماء يراقبون الجانب المظلم للقمر لمراقبة مناخ الأرض". الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي . 17 أبريل 2001. مؤرشف من الأصل في 27 فبراير 2009. تم الاسترجاع في 1 مارس 2010 .
  13. ^ "تغير المناخ: درجة الحرارة العالمية". NOAA . تم الاسترجاع في 6 يوليو 2023 .
  14. ^ "السحب ونظام الطاقة الإشعاعية للأرض" (PDF) . ناسا. 2013. مؤرشف من الأصل (PDF) في 18 فبراير 2013.
  15. ^ "عينات مياه البحر - الانبعاثية". ucsb.edu .
  16. ^ جين م، ليانج س (15 يونيو 2006). "معامل انبعاثية سطح الأرض المحسن لنماذج سطح الأرض باستخدام عمليات الرصد الاستشعاري عن بعد العالمي" (PDF) . مجلة المناخ . 19 (12): 2867–81. رمز Bibcode :2006JCli...19.2867J. doi :10.1175/JCLI3720.1. مؤرشف من الأصل (PDF) في 4 يونيو 2007.
  17. ^ TR Shippert; SA Clough; PD Brown; WL Smith; RO Knuteson; SA Ackerman. "Spectral Cloud Emissivities from LBLRTM/AERI QME" (PDF) . وقائع الاجتماع الثامن لفريق العلوم لقياس الإشعاع الجوي (ARM) مارس 1998 توسان، أريزونا . مؤرشف من الأصل (PDF) في 25 سبتمبر 2006.
  18. ^ AG Gorelik; V. Sterljadkin; E. Kadygrov; A. Koldaev. "Microwave and IR Radiometry for Estimation of Atmospheric Radiation Balance and Sea Ice Formation" (PDF) . وقائع الاجتماع الحادي عشر لفريق العلوم لقياس الإشعاع الجوي (ARM) مارس 2001 أتلانتا، جورجيا . مؤرشف من الأصل (PDF) في 25 سبتمبر 2006.
  19. ^ "مجموعة أدوات علوم المناخ التابعة للجمعية الكيميائية الأمريكية - الاحتباس الحراري - نموذج الغلاف الجوي أحادي الطبقة". الجمعية الكيميائية الأمريكية . تم الاسترجاع في 2 أكتوبر 2022 .
  20. ^ "مجموعة أدوات علوم المناخ التابعة للجمعية الكيميائية الأمريكية - الاحتباس الحراري - نموذج الغلاف الجوي متعدد الطبقات". الجمعية الكيميائية الأمريكية . تم الاسترجاع في 2 أكتوبر 2022 .
  21. ^ "METEO 469: من علم الأرصاد الجوية إلى التخفيف - فهم ظاهرة الاحتباس الحراري - الدرس 5 - نمذجة نظام المناخ - نموذج توازن الطاقة أحادي الطبقة". كلية علوم المعادن والأرض بجامعة ولاية بنسلفانيا - قسم الأرصاد الجوية وعلوم الغلاف الجوي . تم الاسترجاع في 2 أكتوبر 2022 .
  22. ^ ab Manabe, Syukuro ; Wetherald, Richard T. (1 May 1967). "التوازن الحراري للغلاف الجوي مع توزيع معين للرطوبة النسبية". مجلة علوم الغلاف الجوي . 24 (3): 241–259. Bibcode :1967JAtS...24..241M. doi : 10.1175/1520-0469(1967)024<0241:TEOTAW>2.0.CO;2 .
  23. ^ "حقائق عن سيوكورو مانابي". nobelprize.org . تم الاسترجاع في 14 نوفمبر 2023 .
  24. ^ "Pubs.GISS: Wang and Stone 1980: Effect of ice-albedo feedback on global sensing in a one-dimensional..." nasa.gov . مؤرشف من الأصل في 30 يوليو 2012.
  25. ^ وانج، دبليو سي؛ بي إتش ستون (1980). "تأثير ردود الفعل الجليدية على الحساسية العالمية في نموذج مناخي إشعاعي حملي أحادي البعد". مجلة علوم الغلاف الجوي . 37 (3): 545-552. رمز Bibcode :1980JAtS...37..545W. doi : 10.1175/1520-0469(1980)037<0545:EOIAFO>2.0.CO;2 .
  26. ^ "نماذج توازن الطاقة". shodor.org .
  27. ^ MI Budyko (1969). "تأثير التغيرات في الإشعاع الشمسي على مناخ الأرض". Tellus . 21 (5): 611–619. doi : 10.3402/tellusa.v21i5.10109 .
  28. ^ ويليام د. سيلرز (1969). "نموذج مناخي عالمي قائم على توازن الطاقة في نظام الأرض والغلاف الجوي". مجلة الأرصاد الجوية التطبيقية . 8 (3): 392-400. رمز Bibcode : 1969JApMe...8..392S. doi : 10.1175/1520-0450(1969)008<0392:AGCMBO>2.0.CO;2 .
  29. ^ ج. جراهام كوجلي (1990). "خمسة وعشرون عامًا من علم المناخ الفيزيائي". التغير العالمي والكوكبي . 2 (3-4): 213-216. doi :10.1016/0921-8181(90)90001-S.
  30. ^ "emics1". pik-potsdam.de .
  31. ^ سارمينتو، جيه إل؛ توجويلر، جيه آر (1984). "نموذج جديد لدور المحيطات في تحديد تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي". مجلة نيتشر . 308 (5960): 621–24. رمز Bibcode :1984Natur.308..621S. doi :10.1038/308621a0. S2CID  4312683.
  32. ^ نورمان أ. فيليبس (أبريل 1956). "الدورة العامة للغلاف الجوي: تجربة عددية" (PDF) . المجلة الفصلية للجمعية الملكية للأرصاد الجوية . 82 (352): 123-154. رمز Bibcode :1956QJRMS..82..123P. doi :10.1002/qj.49708235202.
  33. ^ جون د. كوكس (2002). مراقبو العواصف. جون وايلي وأولاده، ص 210. رقم ISBN 978-0-471-38108-2.
  34. ^ ab Peter Lynch (2006). "تكاملات ENIAC". ظهور التنبؤ العددي بالطقس: حلم ريتشاردسون . مطبعة جامعة كامبريدج . ص. 208. ISBN 978-0-521-85729-1تم الاسترجاع بتاريخ 6 فبراير 2018 .
  35. ^ الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (22 مايو 2008). "النموذج المناخي الأول" . تم استرجاعه في 8 يناير 2011 .
  36. ^ مانابي س.؛ ويذرالد آر تي (1975). "تأثيرات مضاعفة تركيز ثاني أكسيد الكربون على مناخ نموذج الدورة العامة". مجلة علوم الغلاف الجوي . 32 (3): 3-15. رمز المرجع : 1975JAtS...32....3M. doi : 10.1175/1520-0469(1975)032<0003:teodtc>2.0.co;2 .
  37. ^ "CAM 3.1 Download". www.cesm.ucar.edu . تم الاسترجاع في 25 يونيو 2019 .
  38. ^ ويليام د. كولينز؛ وآخرون. (يونيو 2004). "وصف نموذج الغلاف الجوي المجتمعي التابع للمركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي (CAM 3.0)" ( PDF) . مؤسسة البحوث الجوية الجامعية . مؤرشف من الأصل (PDF) في 26 سبتمبر 2019. تم الاسترجاع في 3 يناير 2011 .
  39. ^ "نموذج الغلاف الجوي المجتمعي CAM3.0". مؤسسة البحوث الجوية الجامعية . تم استرجاعه في 6 فبراير 2018 .
  40. ^ Yongkang Xue & Michael J. Fennessey (20 مارس 1996). "تأثير خصائص الغطاء النباتي على التنبؤ بالطقس الصيفي في الولايات المتحدة" (PDF) . مجلة البحوث الجيوفيزيائية . 101 (D3): 7419. Bibcode :1996JGR...101.7419X. CiteSeerX 10.1.1.453.551 . doi :10.1029/95JD02169. مؤرشف من الأصل (PDF) في 10 يوليو 2010. تم الاسترجاع في 6 يناير 2011 . 
  41. ^ "النماذج المناخية وتقييمها" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 22 سبتمبر 2010. تم الاسترجاع 29 أغسطس 2010 .
  42. ^ "تقرير المجلس الوطني للبحوث في الولايات المتحدة، استراتيجية وطنية لتطوير النمذجة المناخية". مؤرشف من الأصل في 3 أكتوبر 2012. تم الاسترجاع 18 يناير 2021 .
  43. ^ "تقرير موجز للمجلس الوطني للبحوث في الولايات المتحدة، استراتيجية وطنية لتطوير النمذجة المناخية". مؤرشف من الأصل في 18 أكتوبر 2012. تم الاسترجاع في 3 أكتوبر 2012 .
  44. ^ ab Loft, Richard (2020). "يجب أن تصبح نمذجة نظام الأرض أكثر كفاءة في استخدام الطاقة". Eos (101). doi : 10.1029/2020EO147051 . ISSN  2324-9250.
  45. ^ Trader, Tiffany (2021). "Frontier to Meet 20MW Exascale Power Target Set by DARPA in 2008". HPCwire . تم الاسترجاع في 8 ديسمبر 2023 .
  46. ^ "نموذج مناخي قادر على تحليل السحابة يلتقي بأسرع حاسوب عملاق في العالم". LabNews . تم الاسترجاع في 8 ديسمبر 2023 .
يحتوي كتاب ويكيبيديا الجيولوجيا التاريخية على صفحة حول موضوع: نماذج المناخ
  • لماذا تعد نتائج الجيل القادم من نماذج المناخ مهمة؟ كاربون بريف، مقالة ضيف بقلم بيلشر، بوشيه، ساتون، 21 مارس/آذار 2019

نماذج المناخ على شبكة الإنترنت:

  • نموذج نظام المناخ المجتمعي (CCSM) التابع للمركز الوطني لبحوث الغلاف الجوي/المركز الجامعي لبحوث الغلاف الجوي
  • التنبؤ بالمناخ بنفسك
  • البحث الأساسي GCM الذي طورته وكالة ناسا/معهد جودارد لدراسات الفضاء
  • نموذج المناخ العالمي الأصلي التابع لوكالة ناسا ومعهد جودارد لعلوم الفضاء (GISS) مع واجهة سهلة الاستخدام لأجهزة الكمبيوتر الشخصية وأجهزة ماك
  • معلومات نموذج CCCma وواجهة استرداد بيانات النموذج
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=نموذج_المناخ&oldid=1236363809"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate