پاورپوینت پیش بینی عددی وضع هوا

بسم الله الرحمن الرحیم

پیش بینی عددی وضع هوا

فهرست مطالب :
تعریف
اصول مدل های پیش بینی عددی وضع هوا
اهمیت کاربرد مدل ها
انواع مدل های عددی
مدل MM5
دستگاه مختصات مدل
داده های لازم برای اجرای مدل
نمونه هایی از خروجیهای مدل MM5

تعریف :

– منظور از پیش بینی وضع هوا، چگونگی تغییر وضعیت
فعلی درزمان است.
وضعیت فعلی جو تحت تاثیر عوامل مختلفی مانند تابش، دما
، فشارهوا،باد، رطوبت، ابرناکی و بارندگی است که هریک
ازآنها به نوبه خود تحت تاثیرفرآیندهای پیچیده ای در جو
تغییرمی کند.

درمدل های اولیه پیش بینی عددی وضع هوا، از تقریب های

ساده کننده ای مانند تقریب هیدروستاتیک، حذف امواج صوتی،حذف

امواج گرانی لختی، جو فشارورد و …استفاده می شد. اما درمدلهای

کنونی بسیاری ازاین تقریب ها کنار گذشته شده است و مدل های

امروزی با دقت بهتری رفتارواقعی جورا شبیه سازی می کنند.

درنتیجه فرآیند پیش بینی عددی، روز به روز پیچیده تر
می شود;

بطوریکه امروزه باجفت شدن مدل های جوی بامدل های

اقیانوسی و همچنین مدل های جوی با مدل های آلودگی

هوا، دانش پیش بینی عددی وضع هوا اززیرمجموعه ای از

دانش های مختلف بهره گیری می کند.

اولین پیش بینی عددی موفقیت آمیزوضع هوا توسط چارنی، فون
نیومن و فیورتافت

حل معادله تاوایی فشارورد را برای پیش بینی ارتفاع ژئوپتانسیلی درتراز500 هکتوپاسکال

دهه1960 حل عددی معادله های بسیط

نیمه دوم دهه 1960 و اوایل دهه 1970 میلادی ، جایگزینی معادله های بسیط برای پیش بینی عددی وضع هوا

استفاده از این مدل ها بدون تقریب هیدروستاتیک از سال 1990 میلادی مانند مدل های منطقه محدود

همچنین قابل ذکر است اولین پیش بینی عددی وضع هوا درایران

تقریباٌ 20 سال پس ازتلاش های دهه 1960 وبصورت مطالعات

بنیادی بوده است.

اصول مدل های پیش بینی عددی وضع هوا :

پایستاری جرم
تکانه
انرژی

اهمیت کاربرد مدل ها :

پیش بینی یا شبیه سازی پدیده های جوی در

مقیاس های متفاوت زمانی و مکانی

مدل های عددی بطور کلی شامل :

مدل های گردش کروی

مدل های منطقه محدود

مدل های کروی معمولاٌبرای پیش بینی های میان مدت (بیش

ازدوروز) و نیز برای شبیه سازی های اقلیمی استفاده

می شوند.
بعنوان مثال:

درمرکز ملی پیش بینی محیطی (NCEP)مدل های کروی برای

صدور پیش بینی های 16 روزه هرروز اجرامی شوند.

ازآنجایی که حوزه موردمطالعه درمدل های کروی، معمولاٌ تمام

کره زمین است، بنابراین قدرت تفکیک این مدل هامعمولاٌ کم

می باشد.

برای پیش بینی باجزئیات بیشتر، لازم است قدرت تفکیک مدل

افزایش داده شود واین امر فقط برای منطقه محدود موردنظر

امکان پذیراست.

مدل های منطقه ای معمولاٌ برای صدور پیش بینی های

کوتاه مدت ( یک تا سه روز ) استفاده می شوند وقدرت

تفکیک آنهاچند برابربیشترازمدل های کروی است.

در مقایسه با مدل های کروی ،مدل های منطقه ای بعلت داشتن

قدرت تفکیک بیشتر، قادربه شبیه سازی فرایندهای کوچک مقایس تر

مانند جبهه ها، خطوط اسکوال و واداشتهای توپوگرافیکی با دقت

بالاتر می باشند. ویژگی دیگر مدل های منطقه ای این است که،

مانند مدل های کروی، خودکفا نیستند و نیاز به تعیین شرایط مرزی

در مرزهای افقی دارند.

مدل MM5
مدل میان مقیاس MM5 اولیه، قبل از دهه 1970 توسط آنتس در

دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا بکار برده شد سپس در سال 1978 بوسیله

آنتس و وارنرتکمیل شد. مدل MM5 که در این مطالعه بکار گرفته

شده است یک نمونه غیرهیدروستاتیک از سیستمهای مدلسازی

پیشرفته MM5 در مرکز دانشگاه بین المللی ایالت پنسیلوانیا برای

تحقیقات جوی می باشد.

پس از 1978 تغییرات بسیار زیادی در خود مدل و کاربردهایش

صورت گرفته از جمله :

توانایی چند دامنه ای شدن دینامیک های غیر هیدروستاتیکی
توانایی جذب و پردازش داده های چهار بعدی
کاربردگزینه های فیزیکی بیشتر
گسترش پهنه محاسباتی آن

آخرین سری این مدل ها، مدل MM5 نوع 3 بوده که پنجمین محصول

مرکزملی تحقیقات جوی (NCAR) می باشد. نقشه کاملی از سیستم

مدلMM5 در شکل نشان داده شده است. این مدل داده ها را در یک

شبکه طول عرض جغرافیایی و با دامنه های متغییر بر اساس درجه

تفکیک بالا روی نقشه های استریوگرافی قطبی، مخروطی لامبرت و

مرکاتورمی گیرند.

دستگاه مختصات مدل :

دستگاه مختصات بکار برده شده در مدل MM5 دستگاه مختصات

سیگما می باشد سطح های سیگما در نزدیکی زمین تقریباً از عوارض

زمینی و درترازهای بالاتر از سطوح فشاری پیروی می کنند. از این رو

درجه تفکیک افقی و عمودی و اندازه دامنه های متغییر امکان پذیر است.

این مدل داده های هواشناسی را روی سطوح هم فشاری می گیرد و برای

اجرای مدل آنها را به مختصات قائم درون یابی می کند.

سیستم مختصات سیگما در شکل نشان داده شده است که مقدار σ برای ترازهای مدل بصورت زیر می باشد.

p فشار ، فشار قله بالای جو و مقداری ثابت و فشار سطح زمین

مقدار σ در سطح زمین یک، و در قله جو صفر

درجه تفکیک عمودی بین صفر و یک

تعداد ترازها متغیر بین 0 تا 40

داده های لازم برای اجرای مدل :

چون مدل MM5 ابتدا برای شبیه سازی ها و مطالعه داده های واقعی

طراحی شده است به مجموعه داده های زیر جهت اجرا نیاز دارد.

داده های توپوگرافی و کاربری زمین
داده های شبکه شده شامل متغییرهای فشار سطح دریا، باد، دما، رطوبت نسبی و ارتفاع ژئوپتانسیل در ترازهای فشاری سطح زمین، 1000، 850، 700، 500، 400، 300، 250، 200، 150، 100 میلی باری
داده های دیدبانی شامل گمانه زنی ها و گزارشات سطحی

بخش پشتیبانی داده های محاسبات علمی در NCAR بایگانی نیرومندی

از داده های جوی تحلیل های شبکه شده و دیدبانی ها را دارد.

کاربران با مجوزهایی که از NCAR برای آنها مهیا شده است اجازه

استفاده از انواع محصولات پیش بینی و تحلیل های هواشناسی شبکه شده را

دارند.

پیش بینی ها و تحلیل های واقعی که سودمند واقع شده اند عبارتند از:
پیش بینی ها و تحلیل های NCEP

پیش بینی ها و تحلیل های NCEP AVN

اطلاعات پیش بینی و تحلیل های زمان واقعی ممکن در
سایت های اینترنتی مخصوص قابل دسترسی می باشند.

معادلات اساسی مدل MM5

معادلات اساسی مدل غیرهیدروستاتیکی (MM5) در دستگاه مختصات سیگما (σ و y و x) عبارتند از:

معادله گرایش فشار:

معادله تکانه(مولفه x):

معادله تکانه(مولفه y):

معادله تکانه(مولفه z):

معادله ترمودینامیک:

جملات فرارفتی

که در آن

جمله واگرای بصورت زیر بسط داده می شود.

نمونه هایی از خروجیهای مدل

MM5 :

بارندگی 24 دسامبر 2005 در منطقه جنوب غرب ایران

رطوبت در سطح 500 میلی باری، 24 دسامبر 2005 در منطقه جنوب غرب ایران

باد در ارتفاع 10 متری ، 24 دسامبر 2005 در منطقه جنوب غرب ایران

دما در ارتفاع 700 میلی باری، 24 دسامبر 2005 در منطقه جنوب غرب ایران

منحنی هدوگراف باد برای ایستگاههای ایذه، کوهرنگ،یاسوج،شوشتر، 24 دسامبر 2005 در منطقه جنوب غرب ایران

فرا رفت دما در ارتفاع 300 میلی باری، 24 دسامبر 2005 در منطقه جنوب غرب ایران

رطوبت نسبی در ارتفاع 700 میلی باری، 24 دسامبر 2005 در منطقه جنوب غرب ایران

مراجع :

آزادی،مجید،1380،مروری بر فرآیند پیش بینی عددی وضع هوا،مجموعه مقالات همایش پیش بینی عددی در ایران،10-1.

Anthes,T.A.,1977,A Cumulus Parameterization Scheme Utilizing a One Dimentional Cloud Model,Monthly
Weather Review
NCAR WRF website,Weather Research and Forecasting Model,2002.
http://www.rain.mmm.ucar.edu/mm5/pages/wrf.html

WRF Model Information,Weather Research and Forecasting Model,http://www.wrf- model.org /.

با تشکر