Bölgesel Okyanus Modelleme Sistemi - Regional Ocean Modeling System

ROMS logo.png

Bölgesel Okyanus Modelleme Sistemi (ROMS) serbest yüzeydir, araziyi takip eder, ilkel denklemler okyanus modeli, bilimsel topluluk tarafından çok çeşitli uygulamalar için yaygın olarak kullanılmaktadır. Model, araştırmacılar tarafından geliştirilmiş ve desteklenmiştir. Rutgers Üniversitesi, Kaliforniya Üniversitesi, Los Angeles ve dünya çapında katkıda bulunanlar.

ROMS, okyanusun belirli bir bölgesinin ısınma veya rüzgar gibi fiziksel zorlamalara nasıl tepki verdiğini modellemek için kullanılır. Ayrıca, belirli bir okyanus sisteminin ROMS çerçevesi içinde yuvalanmış birleştirilmiş modeller gerektiren tortu, tatlı su, buz veya besinler gibi girdilere nasıl tepki verdiğini modellemek için de kullanılabilir.

Çerçeve

ROMS, 4 boyutlu bir modeldir, yani belirli bir süre boyunca değişimi değerlendirmek için çalıştırılabilen 3 boyutlu bir modeldir. Model bölgesinin 2B kartezyen düzleminin koordinatlarını oluşturan su sütununu ve yatay hücreleri oluşturan dikey katmanlar halinde ızgaralıdır.

Çekirdek

ROMS modelinin merkezinde, modelin dinamik merkezini veya "çekirdeğini" oluşturan dört model vardır:

  1. Doğrusal olmayan çekirdek (NLM)[1][2]
  2. Teğet doğrusal çekirdek (TLM)
  3. Tanjant doğrusal çekirdeği (RPM) temsil eder
  4. Eş çekirdek (ADM)[3]

Dikey ızgara

Dikey ızgara, hibrit gerilmiş bir ızgaradır. Gerilme aralıklarının, 1) tarafından kullanılan eşit aralıklı sigma ızgarasının iki uç noktası arasında bir yere düşmesi bakımından melezdir. Princeton Okyanus Modeli ve 2) statik derinlik aralığına sahip gerçek bir z-ızgarası. Dikey ızgara, örneğin bir ilgi alanı için çözünürlüğü artırmak veya azaltmak için sıkıştırılabilir veya uzatılabilir. termoklin veya alt sınır tabakası. Dikey yönde uzanan ızgara, alt topografyayı takip ederek deniz dağları gibi özellikler üzerinde idealleştirilmiş su akışına izin verir. [4]

Yatay ızgara

Yatay ızgara, yapılandırılmış bir ızgaradır, yani dikdörtgen 4 taraflı ızgara hücre yapısına sahiptir. Yatay ızgara aynı zamanda dikey eğrisel bir ızgaradır, yani ilgili okyanus ızgara hücrelerini maksimize eder ve ekstra kara ızgara hücrelerini en aza indirir. Yatay ızgara aynı zamanda kademeli bir ızgaradır veya Arakawa-C ızgarası, kuzey-güney ve doğu-batı yönlerindeki hızların her bir ızgara hücresinin kenarlarında hesaplandığı, yoğunluk gibi skaler değişkenlerin değerlerinin ise her bir ızgara hücresinin merkezinde hesaplandığı "rho-noktaları". "

Fizik

Hem dikey hem de yatay yönde, varsayılan denklemler ortalanmış, ikinci dereceden Sonlu fark şemaları. İstenirse, örneğin parabolik spline rekonstrüksiyonu kullanılarak daha yüksek dereceli şemalar mevcuttur.[2]

Genel olarak, ROMS tarafından kullanılan fiziksel şemalar üç ana denkleme dayanmaktadır:

  1. Süreklilik
  2. Momentumun korunması (Navier-Stokes )
  3. İzleyici değişkenlerin taşıma denklemleri (tuzluluk ve sıcaklık gibi)

Denklemler, sayısal çözümler kullanılarak model ızgarasındaki her konumda beş bilinmeyeni çözmek için birleştirilir:

  • Doğu-batı hızı (u)
  • Kuzey-güney hızı (v)
  • Dikey hız (w)
  • Tuzluluk
  • Sıcaklık

Kaynak kodu

ROMS, çevrimiçi bir talep formu doldurularak indirilebilen bir açık erişim kaynak kodu kullanır. C-işleme üzerinde çalışır ve paylaşılan bilgi işlem kullanımları için geliştirilmiştir. Kaynak kodunu indirmek için bir kullanıcı bir hesap oluşturmalı ve geliştiricilere ROMS web sitesi.

Giriş ve çıkış

Giriş

Kıyı şeridi gibi sınırlar, kara ve deniz maskeleme kullanılarak belirli bir bölge için belirlenebilir. En üst dikey sınır, hava-deniz arayüzü, Fairall ve diğerleri tarafından geliştirilen bir etkileşim şemasını kullanır. (1996).[5] Alt dikey sınır, tortu-su arayüzü, Styles ve Glenn (2000) tarafından geliştirilen bir alt gerilim veya alt sınır tabakası şemasını kullanır.[6]

Bir uygulayıcının belirli bir okyanus bölgesi için ROM'ları çalıştırması için gerekli olan girdiler şunları içerir:

  • Batimetri ve kıyı şeridi
  • Tatlı su girişi
  • Rüzgar
  • Gelgit
  • Açık sınır zorlamaları (yeniden analiz ürünü veya belirli veriler gibi idealleştirilmiş)
  • Isı akısı
  • Fiziksel karıştırma (yukarıya bakın)

ROMS'un programlama çerçevesi üç bölüme ayrılmıştır: Dünya Sistem Modelleme Çerçevesi (ESMF) için standart olan Başlat, Çalıştır ve Sonlandır. "Çalıştır", kullanıcının kullanmak istediği seçenekleri seçtiği ve istenirse verileri özümsediği bu üç bölümden en büyüğüdür.[7] Çalıştırılan model çalıştırılmadan önce başlatılmalı veya derlenmelidir.

Çıktı

Model çalıştırma dosyalarının çıktı formatı netCDF. Model çıktısı genellikle MATLAB veya Python gibi bağımsız ikincil programlama yazılımı veya Panoply gibi görselleştirme yazılımı kullanılarak görselleştirilir.

Kullanıcı seçenekleri

ROMS'un genel yaklaşımı, model uygulayıcılarına yüksek düzeyde özgürlük ve sorumluluk verir. Bir yaklaşım, modelin halihazırda kullanıldığı tüm farklı uygulamaların ihtiyaçlarını karşılayamaz. Bu nedenle, mevcut seçeneklerden her birini nasıl kullanmak istediklerini seçmek her model uygulayıcısına (bir birey veya bir araştırma grubu) bağlıdır. Seçenekler, aşağıdaki gibi seçenekleri içerir:

  • Yatay ve dikey yönlerde karışım formülasyonları
  • Dikey ızgara germe
  • İşleme modu (seri, MPI ile paralel veya OpenMP ile paralel)
  • Hata ayıklama açık veya kapalı [8]

ROMS kullanırken, bir uygulayıcı bir sorun veya hatayla karşılaşırsa, bunu ROMS forumu.

Başvurular

JPL ROMS grubu tarafından 1 km çözünürlükte (ultra yüksek çözünürlük olarak da bilinir) üretilen Aralık 2013 tarihli günlük küresel Deniz Yüzeyi Sıcaklığı (SST) veri seti.

ROMS'un çok yönlülüğü, farklı sistemlere ve bölgelere yönelik çeşitli uygulamalarında kanıtlanmıştır. En iyi orta ölçekli sistemlere uygulanır,[9] veya 1 km ila 100 km ızgara aralığı gibi yüksek çözünürlükte haritalanabilen sistemler.

Birleştirilmiş model uygulamaları

Biyojeokimyasal, biyo-optik, deniz buzu, tortu ve diğer modeller, belirli süreçleri incelemek için ROMS çerçevesine yerleştirilebilir. Bunlar genellikle dünya okyanuslarının belirli bölgeleri için geliştirilir ancak başka yerlerde de uygulanabilir. Örneğin, ROMS'un deniz buzu uygulaması başlangıçta Barents Denizi Bölgesi için geliştirilmiştir.[10]

ROMS modelleme çabaları, aşağıdakiler gibi gözlemsel platformlarla giderek daha fazla birleştirilmektedir: şamandıralar okyanus koşullarının daha doğru tahminini sağlamak için uydular ve gemiye monte edilmiş örnekleme sistemleri.

Bölgesel uygulamalar

ROMS'un dünya okyanuslarının belirli bölgelerine giderek artan sayıda uygulaması var. Bu entegre okyanus modelleme sistemleri, dolaşım bileşeni için ROM'ları kullanır ve ilgili diğer değişkenleri ve işlemleri ekler. Birkaç örnek:

  • Birleşik Okyanus-Atmosfer-Dalga-Tortu Taşınması (COAWST)[11]
  • Raf ve Eğim Optiklerini Tahmin Etmek İçin Deneysel Sistem (ESPRESSO)
  • New York Limanı Gözlem ve Tahmin Sistemi (NYHOPS)
  • Chesapeake Körfezi Nehir Ağzı Karbon ve Biyojeokimyası (ChesROMS ECB)[12]
  • Alaska Körfezi'ndeki iklim endeksleri[13]
  • LiveOcean KD Pasifik ve Tuzlu Denizi'nin günlük tahmin modeli

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Shchepetkin, Alexander F. (2003). "Hizalanmamış dikey koordinatlı bir okyanus modelinde yatay basınç-gradyan kuvvetini hesaplamak için bir yöntem". Jeofizik Araştırmalar Dergisi. 108 (C3). doi:10.1029 / 2001jc001047. ISSN  0148-0227.
  2. ^ a b Shchepetkin, A.F .; McWilliams, J.C. (2005). Bölgesel Okyanus Modelleme Sistemi: Bölünmüş Açık, Serbest Yüzey, Topografi-İzleme Koordinatlı Okyanus Modeli, 2003. Los Angeles, California: Los Angeles'taki Kaliforniya Üniversitesi: Jeofizik ve Gezegen Fiziği Enstitüsü.
  3. ^ Moore, Andrew M .; Arango, Hernan G .; Di Lorenzo, Emanuele; Cornuelle, Bruce D .; Miller, Arthur J .; Neilson, Douglas J. (2004-01-01). "Bölgesel bir okyanus modelinin teğet lineer ve bitişik noktasına dayalı kapsamlı bir okyanus tahmin ve analiz sistemi". Okyanus Modelleme. 7 (1–2): 227–258. doi:10.1016 / j.ocemod.2003.11.001. ISSN  1463-5003.
  4. ^ Şarkı, Yuhe; Haidvogel, Dale (1994-11-01). "Genelleştirilmiş Topografyayı Takip Eden Koordinat Sistemini Kullanan Yarı Örtük Okyanus Dolaşım Modeli". Hesaplamalı Fizik Dergisi. 115 (1): 228–244. doi:10.1006 / jcph.1994.1189. ISSN  0021-9991.
  5. ^ Fairall, C. W .; Bradley, E. F .; Rogers, D. P .; Edson, J. B .; Young, G.S. (1996-02-15). "Tropikal Okyanus-Küresel Atmosfer Birleşik-Okyanus Atmosferi Tepki Deneyi için hava-deniz akışlarının toplu parametrelendirilmesi". Jeofizik Araştırmalar Dergisi: Okyanuslar. 101 (C2): 3747–3764. CiteSeerX  10.1.1.469.6689. doi:10.1029 / 95jc03205. ISSN  0148-0227.
  6. ^ Tarzlar, Richard; Glenn, Scott M. (2000-10-15). "Kıta sahanlığındaki tabakalı dalga ve mevcut alt sınır katmanlarının modellenmesi" (PDF). Jeofizik Araştırmalar Dergisi: Okyanuslar. 105 (C10): 24119–24139. doi:10.1029 / 2000jc900115. ISSN  0148-0227.
  7. ^ "ROMS> start". www.myroms.org. Alındı 2019-02-08.
  8. ^ Hedstrom Katherine S. (2016). "Birleşik Deniz Buzu / Okyanus Sirkülasyon Modeli için Teknik Kılavuz (Sürüm 5)" (PDF). OCS Study BOEM 2016-037. Kooperatif Anlaşması No. M15AC00011.
  9. ^ "Met Office: Mezoscale modelleme". 2010-12-29. Arşivlenen orijinal 2010-12-29 tarihinde. Alındı 2018-04-26.
  10. ^ Budgell, W. P. (2005-12-01). "Barents Denizi bölgesinde buz-okyanus değişkenliğinin sayısal simülasyonu". Okyanus Dinamikleri. 55 (3–4): 370–387. doi:10.1007 / s10236-005-0008-3. ISSN  1616-7341.
  11. ^ Warner, John C .; Armstrong, Brendi; O, Ruoying; Zambon, Joseph B. (2010/01/01). "Birleşik Okyanus-Atmosfer-Dalga-Tortu Taşınması (COAWST) Modelleme Sisteminin Geliştirilmesi" (PDF). Okyanus Modelleme. 35 (3): 230–244. doi:10.1016 / j.ocemod.2010.07.010. hdl:1912/4099. ISSN  1463-5003.
  12. ^ Feng, Yang; Friedrichs, Marjorie A. M .; Wilkin, John; Tian, ​​Hanqin; Yang, Qichun; Hofmann, Eileen E .; Wiggert, Jerry D .; Hood, Raleigh R. (2015). "Bir kara nehir ağzı okyanus biyojeokimyasal modelleme sisteminden türetilen Chesapeake Körfezi nitrojen akıları: Model açıklaması, değerlendirme ve nitrojen bütçeleri". Jeofizik Araştırma Dergisi: Biyojeoloji. 120 (8): 1666–1695. doi:10.1002 / 2015jg002931. PMC  5014239. PMID  27668137.
  13. ^ Combes, Vincent; Di Lorenzo, Emanuele (2007-10-01). "Alaska Körfezi mezo-ölçek dolaşımının içsel ve zorunlu yıllar arası değişkenliği". Oşinografide İlerleme. 75 (2): 266–286. doi:10.1016 / j.pocean.2007.08.011. hdl:1853/14532. ISSN  0079-6611.

Dış bağlantılar