במשפט אחד - מה עושה מודל נומרי לחיזוי מזג אויר?

הוא מחלק את האטמוספרה לשכבות של תאים תלת-מימדיים; מבצע סימולציה של התהליכים המפיסיקליים בכל תא בכל מדרגת זמן נתונה ועל סמך נתונים מטאורולוגיים התחלתיים; מחשב את ההשפעות על התאים השכנים; מתקדם למדרגת הזמן הבאה כדי להחזור על התהליך.

מדוע יש שני סוגים של מודלים לחיזוי (גלובלי ואזורי)?

זהו עניין של כח מחשוב! בכדי להריץ סימולציה פיסיקלית מלאה בקנה מידה עולמי ברזולציה של פחות מ-10 ק"מ ובזמן סביר, יידרשו סד"ג של 1 מיליון מעבדי מחשב במקביל. כח כזה לא יהיה זמין עד לעשור הבא ולכן, בינתיים, מודלים גלובליים מקלים על עצמם את העבודה ע"י הנחה מקילה שהאטמוספרה היא סטטית במישור האנכי. שגרדיאנט הלחץ רוצה להעלות את האויר למעלה וכח הכובד מאזן אותה. הנחה (שגוייה) זו שאין כמעת תנועות אנכיות נותנן את השם למודלים אלה - הידרו-סטטים. ההנחה האמורה מאפשר לסמלץ את הדינמיקה הכללית של המערכות העולמיות אך ללא התמודדות נאותה עם כל תופועות הקונווקציה (תנועה אנכית של אויר כתוצאה מתהליכים טרמו-דינמיים). תופעות אלה מאד אופייניות למערכות מזג אויר מקומיות.

 יחד עם זאת יש היום די כח מחשוב למדל באופן מלא (בלי יותר מדי הנחות) אזורים מוגבלים עד להיקף של אירופה כולה או כל צפון אמריקה. הדבר נעשה במודלים אזוריים אשר פועלים על בסיס non-hydro-static ומסוגלים למדל תהליכים של קונווקציה. מודלים אלה נקראים גם מודלים "מקומיים", "אזוריים" או מודלים של ה-"meso-scale" (קנה מידה ביניים). מודלים אלה פועלים גם ברזולוציות עדינות עד לרמה של 1 ק"מ.

לא הכל זהב! יש למודלים אזוריים חסרונות בעיקר לאור העובדה שיש להם שוליים או גבולות שבהם אין תאים שכנים המשתתפים במידול. הדבר גורם להתפתחות והתבדרות שגיאות בתחזית.

החיוזי העדכני הוא תהליך דו-שלבי

עד לעשור הבא, שבו נתחיל לראות מודלים מבצעיים בהיקף גלובלי אשר פועלים בעיקרון לא-הידרו-סטטי, שרותי החיזוי משתמשים בשני סוגי המודלים. המודלים הגלובליים משמשים לתחזיות בקנה מידה הסינופטי וגם משמישם כנקודת התחלה לריצות של מודלים אזוריים אשר מספקים את התחזית לתופעות המקומיות בקנה מידה "ביניים" או meso-scale.

כמה מילים על רזולוציה וקנה מידה מטאורולוגי

המרשם הבא מתאר באופן גס את תחומי הפעילות של שני סוגי המודלים.

ככלל, תופעה מטאורולוגית אשר תופיע ב-5 עד 7 תאי חישוב סמוכים תזוהה ע"י המודל. מכאן מודל בעל רזולוציה של 14 ק"מ לא תזהה תופעות מזג אויר קטנות מ-100 ק"מ בגודל. מודל בעל רזולוציה של 1 ק"מ תוכל לזהות תופועת בגודל של כ-7 ק"מ. אבל... זה לא רק עניין של רזולוציה! זה גם עניין של שלמות הסימולציה הפיסיקלית והאם היא עם או בלי הנחות מקלות . זה גם קשור לאיכות של נתוני תשתית כגון טופוגרפיה תכסית, סוגי קרקע ועוד פרמטרים רבים.

במה חזקים המודלים הגלובליים?

מודלים גלובליים הם טובים בחיזוי מזג אויר בקנה מידה הסינופטי. הם פחות רגישים לשגיאות ממודלים אזוריים ולכן רצוי להעזר בהם לתחזיות ארוכות טווח מעבור ליומיים עד שלושה ועד לגבול תחזית של כ-14 יום. באוקיאנוס הפתוח (היכן שאין תופעות מזג אויר מקומיות), המודלים הגלובליים שולטים.

במקומות שמתקיימים תופעות מזג אויר מקומי הודות לרכסי הרים, קווי חוף, איים, אזורים עירוניים גדולים, המודלים הגלובליים נוטים שלא לדייק בחיזוי של התופעות המקומיות וצריך להשתמש בהם בזהירות.

במה חזקים מודלים אזוריים?

מודלים אזוריים (מקומיים) חזקים בחיזוי מדוייק של מזג אויר מקומי עד לטווח של כשלשה ימים. הם מועילים במיוחד באזורים בהם יש גורמי השפעה מקומיים כגון קווי חוף, איים, טופוגרפיה משתנה ושינויים בתכסית היבשה. מזג אויר ים תיכוני הינו מושפע במידה רבה מגורמים מקומיים במיוחד כאשר לא קיימת מערכת סינופטית דומיננטית (כגון שקע קפריסאי). מומלץ לכן למשתמש במודלים אזוריים לקבלת תחזיות לטווח הקצר באזור הים התיכון.

הכירו את המודלים שלכם

מודלים עולמיים שלמדנו לאהוב כוללים את מודל GFS האמריקאי, ECMWF האירופי, GEM הקנדי ו-Arpege הצרפתי. יש עוד מספר קטן של מודלים עולמיים.

מודלים אזוריים שאנו יכולים לפגוש פעילים באזור הים התיכון כוללים מודלים מדגם WRF (טורקיה, אתר זה ועוד מספר מפעילים); COSMO המופעל ע"י שרותי החיזוי של יוון וגם של ישראל; Aladin בקרואטיה; Skiron ע"י אוניברסיטת אתונה ועוד ספקים; ו-Arome הצרפתי.