إعادة تحليل المحيط

📅 آخر تحديث: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

إعادة تحليل المحيط هي طريقة لدمج الملاحظات التاريخية للمحيط مع نموذج عام للمحيط (عادةً ما يكون نموذجًا حسابيًا ) مدفوعًا بالتقديرات التاريخية لرياح السطح والحرارة والمياه العذبة، عن طريق خوارزمية استيعاب البيانات لإعادة بناء التغيرات التاريخية في حالة المحيط.

تُعدّ البيانات التاريخية شحيحة وغير كافية لفهم تاريخ المحيط ودورانه. وباستخدام تقنيات دمج البيانات بالتزامن مع نماذج حاسوبية متقدمة للمحيط العالمي، يتمكن الباحثون من استقراء البيانات التاريخية لتشمل جميع نقاط المحيط. وتُشابه هذه العملية عملية إعادة تحليل الغلاف الجوي، وترتبط ارتباطًا وثيقًا بتقدير حالة المحيط.

المشاريع الحالية

بُذلت جهود عديدة في السنوات الأخيرة لتطبيق تقنيات دمج البيانات لتقدير الحالة الفيزيائية للمحيط، بما في ذلك درجة الحرارة والملوحة والتيارات ومستوى سطح البحر . [ 1 ] توجد ثلاثة مناهج بديلة لتقدير الحالة. يُستخدم المنهج الأول في تحليلات "بدون نموذج"، حيث تُحدِّث ملاحظات درجة الحرارة أو الملوحة تقديرًا أوليًا مُستمدًا من التقديرات المناخية الشهرية.

أما النهج الثاني فهو تحليلات استيعاب البيانات المتسلسلة، التي تتقدم زمنيًا من تحليل سابق باستخدام محاكاة عددية لتغيرات درجة الحرارة وغيرها من المتغيرات الناتجة عن نموذج دوران المحيطات العام . توفر المحاكاة التقدير الأولي لحالة المحيط في وقت التحليل التالي، بينما تُجرى تصحيحات على هذا التقدير الأولي بناءً على رصد متغيرات مثل درجة الحرارة والملوحة ومستوى سطح البحر.

النهج الثالث هو 4D-Var، والذي يستخدم في التنفيذ الموصوف الشروط الأولية وقوة السطح كمتغيرات تحكم يتم تعديلها لتكون متسقة مع الملاحظات بالإضافة إلى التمثيل العددي لمعادلات الحركة من خلال الحل التكراري لمشكلة تحسين عملاقة.

المنهجيات

نهج بدون نموذج

يبدأ كل من برنامجي ISHII وLEVITUS بتقدير أولي لدرجة حرارة الطبقة العليا من المحيط شهريًا، استنادًا إلى بيانات مناخية صادرة عن المركز الوطني لبيانات علوم المحيطات التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) . ثم تُسقط التغيرات الحرارية على مستويات التحليل. يستخدم برنامج ISHII نهجًا بديلًا ثلاثي الأبعاد (3DVAR) لإجراء رسم خرائط موضوعي بمقياس ترابط أصغر في خطوط العرض المتوسطة (300 كم)، والذي يمتد في الاتجاه الشرقي الغربي بمقدار ثلاثة أضعاف عند خطوط العرض الاستوائية. أما برنامج LEVITUS، فيبدأ بشكل مشابه لبرنامج ISHII، ولكنه يستخدم تقنية كريسمان وبارنز بمقياس متجانس يبلغ 555 كم لرسم التغيرات الحرارية بشكل موضوعي على شبكة موحدة.  

الأساليب المتسلسلة

يمكن تقسيم المناهج التسلسلية إلى مناهج تستخدم الاستيفاء الأمثل ونظيره الأكثر تطورًا، مرشح كالمان ، ومناهج تستخدم تقنية 3D-Var. من بين المناهج المذكورة أعلاه، يستخدم كل من المعهد الوطني للجيوفيزياء وعلم البراكين (INGV) وهيئة بيانات ديناميكيات الموائع (SODA) إصدارات من الاستيفاء الأمثل. بينما يستخدم كل من مركز أبحاث علوم الغلاف الجوي والبحيرات (CERFACS) وهيئة بيانات ديناميكيات الموائع العالمية (GODAS) ومختبر ديناميكيات الموائع الجيوفيزيائية (GFDL) تقنية 3D-Var. "حتى الآن، لا نعلم بوجود أي محاولة لاستخدام مرشح كالمان لإعادة تحليل بيانات المحيطات على مدى عقود متعددة." [ 1 ] وقد طُبِّق مرشح كالمان للتحويل المحلي رباعي الأبعاد (4D-LETKF) على النموذج المحيطي المعياري (MOM2) التابع لمختبر ديناميكيات الموائع الجيوفيزيائية (GFDL) لإعادة تحليل بيانات المحيطات لمدة سبع سنوات، من يناير 1997 إلى 2004. [ 2 ]

نهج التباين (4D-Var)

يعتمد النهج الرائد 4D-Var، ECCO ، على الاتساق الديناميكي من خلال نافذة استيعاب عقدية ويستخدم مجموعة من الملاحظات في الموقع والاستشعار عن بعد.

وقد أسفر ذلك عن جهد تعاوني، هو مشروع GECCO، الذي يطبق أيضًا تقنية 4D-Var على مشكلة تقدير المحيطات على مدى عقود. يواجه هذا النهج تحديات حسابية هائلة، ولكنه يوفر بعض المزايا المهمة، بما في ذلك تلبية بعض قوانين الحفظ وبناء النموذج المرافق للمحيط.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 كارتون، جيه إيه، و أ. سانتوريلي، 2008: المحتوى الحراري للمحيط العلوي العالمي كما تم رؤيته في تسعة تحليلات، مجلة المناخ، 21، 6015-6035.
  2. ↑ هانت، بي آر، كوستليش إي جيه، سزونيوغ، آي. استيعاب البيانات بكفاءة للفوضى المكانية والزمانية: مرشح كالمان لتحويل المجموعة المحلية. arXiv:physics/0511236 v1 28 نوفمبر 2005. تاريخ النشر: 24 مايو 2006.