Использование числовых режимов часто приводит к проблемам с раскруткой. В группе общения в числовом режиме Цихай Тунту многие новички в этом режиме часто чувствуют себя сбитыми с толку. В этой статье рассказывается о некоторых моих пониманиях и обобщениях.

Поскольку получить идеальное и точное начальное поле сложно, возникает дисбаланс или несоответствие между переменными исходного поля модели или между переменными и внешними условиями. Поэтому после запуска режима ему необходимо поработать некоторое время для достижения желаемого «равновесного состояния». Время, необходимое для достижения этого состояния, называется временем раскрутки. Выходные данные шаблона часто не заслуживают доверия до тех пор, пока раскрутка не будет завершена.

Для разных объектов исследования или разных моделей фокус раскрутки и необходимое время различны.

Для метеорологических моделей малого и среднего масштаба, таких как WRF, начальные переменные поля, особенно поле влажности, часто бывают слишком гладкими, что приводит к несогласованности между полем дивергенции, диабатическим нагревом и полями влажности в начальный момент модель, а также динамические, тепловые процессы и круговорот влаги. Модели малого и среднего масштаба обычно начинаются с начального поля, свободного от облаков, поэтому для создания соответствующей информации о воде в облаках требуется определенное время. После холодного запуска получение реалистичной информации о воде в облаках часто занимает несколько часов.

Обычно считается, что режим WRF может завершить раскрутку за 6 часов (может быть, и меньше, 6 часов — относительно консервативная оценка). Из-за существования раскрутки применение численных моделей в краткосрочном прогнозировании ограничено. Поэтому ведется большая работа по ассимиляции данных, цель которой — максимально усвоить информацию наблюдений за облаками и водой и сократить время запуска модели.

В климатическом моделировании время раскрутки больше. Например, в Программе взаимного сравнения моделей высокого разрешения (HighResMIP) CMIP6 эксперимент второго уровня (Уровень 2) представляет собой вековой эксперимент по сопряжению с 1950 по 2050 год. Чтобы перед испытанием максимально достичь состояния квазиравновесия морской воздух-воздух, рабочая группа HighResMIP рекомендовала сначала выполнить раскрутку примерно на 50 лет, а затем использовать метод «горячего старта» (перезапуска). для завершения тестового периода.

Процесс обратной связи с атмосферой происходит быстрее, тогда как корректировка состояния и обратная связь с океаном происходят относительно медленно. В океанском режиме раскрутка занимает больше времени. Сколько времени потребуется модели океана, чтобы достичь равновесия? Тесно связан с интересующим объектом исследования и используемой моделью.

В моделях циркуляции океана в бассейновом и глобальном масштабе модели трудно достичь равновесия, и это может занять сотни лет. Модель океана инициализируется текущим состоянием океана (состоянием климата) и интегрируется до тех пор, пока структура циркуляции и поле плотности не будут сбалансированы.

Глубокому океану для адаптации требуются сотни лет, а верхним слоям океана — всего около 50 лет.

Например, если вы хотите изучить процессы в верхних слоях океана (такие как Эль-Ниньо), вам обычно нужны только верхние слои океана (выше основного термоклина), чтобы достичь равновесия.

Фактически, шкала времени раскрутки — это время, необходимое для того, чтобы длинные волны Россби первой и второй моды (крупномасштабные планетарные волны) пересекали бассейн с востока на запад, влияя на поток и, в конечном итоге, на свойства водных масс.

Вдоль экватора бароклинной волне Россби первой моды требуется около 9 месяцев, чтобы пересечь Тихий океан, однако длинная волна Россби второй моды является более бароклинной и распространяется медленнее; Следовательно, раскрутке требуется несколько лет, чтобы достичь равновесия на экваторе.

В средних широтах длинные волны распространяются медленнее. Волнам Россби требуется около 11 лет, чтобы пересечь Тихий океан. В моделях глобального океана требуются десятилетия, чтобы достичь равновесия в верхних слоях океана.

Если рассматривать только баротропный режим или модель является двумерной, время корректировки раскрутки будет быстрее, порядка нескольких дней, поскольку баротропные волны распространяются быстрее.

Если вы хотите сократить время раскрутки, вы также можете использовать ассимиляцию данных (подталкивание), чтобы состояние модели постоянно приближалось к наблюдению. Например, в баротропной модели можно использовать данные о высоте морской поверхности (SSH).

Более того, если речь идет только о циркуляции воды, вызванной ветром, такой как потоки, создаваемые уклонами морской поверхности, вызванными насосами Экмана, то периода раскрутки в несколько дней может быть достаточно.