Модель ICON может использоваться как для прогнозирования погоды, так и для климатических прогнозов и долгосрочных проекций. Однако до сих пор различные приложения разрабатывались отдельно. Инициатива, направленная на сближение этих двух областей, представила [первые результаты](https://doi.org/10.1175/BAMS-D-24-0042.1) в «Bulletin of the American Meteorological Society».
Климатическое моделирование и прогнозирование погоды
Климатическое моделирование когда-то выросло из численного прогноза погоды. С тех пор метеорологи и исследователи климата разрабатывали модели для погоды и климата в значительной степени отдельно друг от друга. Причина этого — разные требования к этим двум приложениям:
* прогнозирование погоды требует высокого временного и пространственного разрешения;
* интенсивно использует состояние атмосферы в начале прогноза;
* может игнорировать процессы с долгосрочными эффектами, такие как перенос тепла в океане.
В свою очередь, климатические исследования рассматривают процессы в длительных временных масштабах и используют информацию из более медленных компонентов климатической системы, таких как океан. Это можно делать с более грубым пространственным разрешением.
Модель прогноза погоды и климата ICON, которая разрабатывалась совместно Институтом Макса Планка по метеорологии (MPI-M), Немецкой метеорологической службой (DWD) и другими партнёрами в течение примерно 20 лет, также была доступна в разных версиях — так называемых конфигурациях — в зависимости от приложения.
Все они были основаны на одном динамическом ядре, которое включает в себя модельную сетку, основные уравнения и методы математического решения. Однако для прогнозирования погоды и климатического моделирования использовались разные атмосферные и наземные компоненты. Кроме того, в зависимости от приложения применялись различные упрощения (параметризации) для процессов, которые не были представлены явно.
Однако текущие исследовательские вопросы, например, касающиеся региональных последствий антропогенного изменения климата, требуют постепенного сокращения разрыва между прогнозированием погоды и климатическим моделированием. Это стало возможным благодаря современным суперкомпьютерам, которые могут вычислять более длительные периоды с высоким пространственным разрешением.
Команда исследователей из MPI-M, DWD и других партнёров взялась за эту задачу и объединяет то, что должно быть объединено: разработки ICON для численного прогноза погоды и климатических приложений.
«Наш проект значительно выиграл от того, что компоненты используют одну и ту же модельную структуру», — говорит Вольфганг Мюллер, руководитель группы в MPI-M и ведущий автор недавно опубликованной статьи, представляющей первые успехи проекта.
Роланд Поттаст, руководитель отдела метеорологического анализа и моделирования в DWD, подчёркивает общественную значимость работы: «Разработки помогают нам применять интегрированный подход к погоде и климату и предоставлять хорошо скоординированные услуги, начиная от прогнозов погоды с высоким разрешением и заканчивая сезонными и десятилетними климатическими прогнозами».
Самым важным шагом стало объединение атмосферного компонента ICON-NWP, ранее использовавшегося для прогнозирования погоды, с океаническим компонентом ICON-O, который необходим для климатических исследований. Кроме того, исследователи разработали концепцию унифицированного подхода к различным параметризациям.
То же самое относится и к методам ассимиляции данных — процедуре, обычно используемой при прогнозировании погоды для инициализации или корректировки состояний модели с использованием данных наблюдений. Это привело к созданию конфигурации модели для глобального прогнозирования погоды DWD, в которой атмосфера и океан связаны, и конфигурации для климатических симуляций (ICON XPP — eXtended Predictions and Projections), которая явно включает в себя разработки в области численного прогнозирования погоды.
Эти модели более похожи, чем любые предыдущие конфигурации ICON для погоды и климата. Это позволяет более напрямую и точно сравнивать процессы погоды и климата в конфигурациях.
Совместная погодная конфигурация в настоящее время проходит тестирование. В долгосрочной перспективе она может стать частью портфеля оперативных прогнозов погоды.
ICON XPP позволяет, помимо прочего, проводить симуляции для Проекта по взаимному сравнению связанных моделей, седьмая фаза которого (CMIP7) уже началась и ожидается, что первые результаты будут представлены в начале 2027 года. Эти результаты будут включены в следующий доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC). В то же время ICON XPP используется для новых симуляций с высоким разрешением.
Учёные работают над разрешением модели, стандартным для прогнозов погоды, но пока невозможным для климатических исследований в течение длительных периодов времени. Это позволяет им исследовать, например, роль мелкомасштабных океанических вихрей в изменениях погоды и климата.
Предоставлено [Max Planck Society](https://phys.org/partners/max-planck-society/)