Metotia Fa'ata'ita'i o le Tau Fa'akomepiuta
O le faʻataʻitaʻiga faʻakomepiuta o le tau o le taumafaiga faʻasaienisi lea o le faʻatusalia o le faiga o le tau i le Lalolagi—ea, vasa, laueleele, aisa, ma le biosphere—i le tulaga o faʻatusatusaga faʻamatematika e faʻataʻitaʻiina e komepiuta. O le sini e le na o le "valoʻauina o le tau," ae ia malamalama i amioga o le tau i le lumanaʻi, iloilo le aʻafiaga o gaoioiga a tagata, ma suʻesuʻe ni vaaiga i le lumanaʻi e faʻavae i luga o suiga i kasa faʻavevela, faʻaaogaina o laueleele, ma mea faʻalenatura e pei o le mu o mauga mu ma suiga o le la. Talu ai o le tau o se faiga faigata, o le faʻataʻitaʻiga o le tau e faʻalagolago i le tele o metotia faʻakomepiuta e fesoasoani, mai faʻataʻitaʻiga faʻaletino e faʻavae i faʻatusatusaga i auala faʻamaufaʻailoga ma masini.
1. Faʻataʻitaʻiga e faʻavae i luga o faʻatusatusaga faʻaletino (Faʻataʻitaʻiga Faʻaonaponei)
O le metotia sili ona taua i le faʻataʻitaʻiga o le tau o le faʻataʻitaʻiga faʻa-dynamical, lea e fausia ai faʻataʻitaʻiga mai tulafono faʻaletino ua iloa. O le mea moni, o le faʻagaioiga o le ea ma le vasa e faʻamatalaina e ala i faʻatusatusaga eseese faʻavaega e pei o faʻatusatusaga Navier-Stokes (mo vai), faʻatusatusaga o le thermodynamics (malosi), le faʻasaoina o le mamafa (faʻaauauina), ma faʻatusatusaga mo felauaiga o le ausa vai poʻo le masima. Talu ai ona o nei faʻatusatusaga e leai ni fofo faʻataʻitaʻi faigofie i luga o se fua faʻatatau o paneta, e faʻaaogaina komepiuta e faʻatino ai le tuʻufaʻatasiga faʻafuainumera i le aluga o taimi.
O faʻataʻitaʻiga o le suiga o le tau e masani ona vaevaeina i ni vaega se tele: le ea, le vasa, le laueleele, le aisa o le sami, ma o nisi taimi o le kemisi o le ea. O fegalegaleaiga i le va o nei vaega e fesoʻotaʻi e ala i fesuiaiga o le malosi, le susu, le saoasaoa, ma le tafe o le kaponi. O le lelei o se auala faaletino o lona ogatasi ma mataupu faavae autu o le natura; o ona le lelei o lona tau faʻakomepiuta ma lona faʻalagolago i faʻafaigofieina mo faiga e laiti tele (e.g., ao convective).
2. Fa'avasegaina o le grid ma le fa'amautuina o le avanoa ma le taimi
Ona o le Lalolagi e fa'aauau pea, e mana'omia ai e fa'ata'ita'iga ni metotia fa'avasega: o le fogaeleele ma le ea e vaevaeina i ni sela grid (sikuea) i le latitude-longitude ma vaega fa'atulagaina. O le iugafono grid (e.g., 100 km, 25 km, po'o le sili atu ona manifinifi) e fuafua ai le auiliiliga e mafai ona fa'atusalia. O le sili atu ona manifinifi o le iugafono, o le tele fo'i lea o faiga fa'alotoifale e mafai ona "fa'aalia manino," ae o mana'oga fa'akomepiuta e fa'ateleina tele.
I le fa’aopoopoga i le grid masani o le latitude-longitude, o nisi fa’ata’ita’iga e fa’aogaina se grid cubic-spherical po’o ni metotia o finite element e fa’aitiitia ai fa’afitauli fa’afuainumera e lata ane i poles. O le filifiliga o le la’asaga taimi e taua tele fo’i: o le la’asaga taimi tele e mafai ona fa’aletonu ai le fa’ata’ita’iga, ae o le la’asaga la’ititi tele e fa’agesegese ai le fa’ata’ita’iga. O le mea lea, o nisi o fuafuaga fa’afuainumera—e pei o le semi-implicit po’o le split-explicit—e fa’aaogaina e fa’atumauina ai le mautu a’o tumau pea le lelei.
3. Fa'atulagaina o fa'agasologa o le sub-grid
E tele fa'agasologa taua e tutupu i ni fua e laiti ifo nai lo grid cells, e pei o le fa'atupuina o ao, le fenumia'i o le boundary layer, convective precipitation, po'o fegalegaleaiga aerosol-cloud. Talu ai e le mafai ona fa'ata'ita'iina ma le manino i ni iugafono lautele, o lo'o fa'atusalia i latou e ni fa'atulagaga: tulafono fa'atino po'o ni tulafono fa'atino e fa'atatau i tulaga o le grid-scale i le averesi o a'afiaga o fa'agasologa laiti.
O le fa'atulagaina o parakalafa o se tasi lea o puna sili ona tele o le le mautonu i fa'aaliga o le tau, aemaise lava e fa'atatau i ao, lea e a'afia ai le atagia mai o le Lalolagi (albedo) ma le fa'aalia mai o le radiation. O metotia fa'aonaponei o fa'atulagaga parakalafa e aofia ai auala fa'atulagaina fa'afuase'i, lea e aofia ai elemene fa'atatau e fai ma sui o suiga laiti e le fo'ia e le grid.
4. Faʻataʻitaʻiga lautele o le taʻamilosaga ma faʻataʻitaʻiga o le faiga o le Lalolagi (GCM & ESM)
O faʻataʻitaʻiga sili ona lauiloa o le tau i le lalolagi atoa o Faʻataʻitaʻiga Lautele o le Siʻitia (GCMs), lea e faʻataʻitaʻi ai le siʻitia o le ea ma/poʻo le vasa i le fua faʻatatau o paneta. O faʻataʻitaʻiga e sili atu ona atoatoa e taʻua o Faʻataʻitaʻiga o le Faiga o le Lalolagi (ESMs), lea e faʻaopoopoina ai taʻamilosaga biogeochemical e pei o taʻamilosaga o le kaponi ma le naitorosene ma le faʻagasologa o laʻau. Faatasi ai ma ESMs, e mafai e le au suʻesuʻe ona suʻesuʻe e le gata i le tali atu o le vevela i faʻasalalauga ae faʻapea foʻi le auala e aʻafia ai e suiga o le tau le mafai o siʻosiʻomaga ona mitiia le kaponi, ma faia ai se tali atu i le tau-kaponi.
I le tulaga o le faʻaaogaina, o lenei faʻataʻitaʻiga e faʻaaogaina e faʻataʻitaʻi ai i "tulaga": mo se faʻataʻitaʻiga, pe faʻapefea ona suia le tau pe afai e faʻaauau pea ona siʻitia le kasa oona, tumau pea le mautu, pe vave ona faʻaitiitia. O taunuuga e avea ma faʻavae mo suʻesuʻega faʻasaienisi faavaomalo ma faʻamatalaina ai le faiga faʻavae o le tau.
5. Fa'aitiitia le fa'atulagaina: mai le lalolagi atoa i le itulagi
E masani ona fa'alotoifale mana'oga o tagata fa'aoga: le a'afiaga i timuga i le taulaga, vevela tele i nofoaga fa'ato'aga, po'o le lamatiaga o lologa i le vaitafe. Talu ai ona o fa'ata'ita'iga fa'alelalolagi e masani ona faigata tele mo fa'amatalaga fa'alotoifale, e fa'aaogaina ai metotia fa'aitiitia.
E lua auala autū. Muamua, o le fa'aitiitia fa'aonaponei ma le Regional Climate Model (RCM), lea e fa'atinoina ai se fa'ata'ita'iga maualuga le iugafono i luga o se itulagi fa'apitoa fa'atasi ai ma tapula'a o se fa'ata'ita'iga fa'alelalolagi. Lua, o le fa'aitiitia fa'amaumauga, lea e fa'atuina ai sootaga fa'amaumauga i le va o fesuia'iga tetele (e.g., le ta'amilosaga o le ea) ma fesuia'iga i le lotoifale (timu o le nofoaga). O le fa'aitiitia fa'amaumauga e taugofie ae fa'alagolago i le manatu o le a tumau pea sootaga fa'amaumauga ua mavae i le lumana'i.
6. Fa'aputuga o fa'amaumauga mo le toe fausiaina ma le tutusa o le fa'ata'ita'iga
E ui o le fa'aputuina o fa'amaumauga e sili ona lauiloa i le va'aiga o le tau, ae o lenei metotia e taua fo'i i le fa'ata'ita'iga o le tau, aemaise lava mo le toe su'esu'eina ma le toe fausiaina o tulaga o le tau i aso ua mavae. O le fa'aputuina o fa'amaumauga e tu'ufa'atasia ai matauga (satelite, nofoaga, va'a, buoy) ma fa'ata'ita'iga muamua e maua ai ni fa'atatauga tutusa faaletino o le tulaga o le ea ma le vasa.
O metotia lauiloa e aofia ai le Kalman Filter (ma ona fa'asologa e pei o le Ensemble Kalman Filter) ma auala fesuisuia'i (3D-Var/4D-Var). I le tulaga o le tau, o le fa'afefiloi e fesoasoani e tu'ufa'atasia fa'amaumauga ua salalau solo ma fa'amaumauga e le'i atoatoa, ma maua ai ni oloa fa'asolopito e aoga mo le iloiloina o fa'ata'ita'iga ma le malamalama i aga masani i le lumana'i.
7. Fa'ata'ita'iga fa'atasi mo le le mautonu ma le ono mafai
E fenumiai le tau, o lea e maaleale ai taunuuga o le faʻataʻitaʻiga i tulaga muamua ma filifiliga o parakalafa. Ina ia ausia lenei mea, e faʻaaogaina le faʻataʻitaʻiga faʻatasi: faʻatautaia se faʻataʻitaʻiga i le tele o taimi ma tulaga muamua eseese, tulaga, poʻo parakalafa e faʻatupuina ai le tele o mea e mafai ona tupu. E mafai e faʻatasi ona faʻatagaina tagata suʻesuʻe e iloilo le ono mafai ona tupu se mea (e.g., le faaluaina o le avanoa o se galu vevela tele) nai lo na o se tasi le auala e tupu ai.
E lagolagoina fo'i e le 'au fa'atasi ni fa'ata'ita'iga eseese, lea e tu'ufa'atasia ai le tele o fa'ata'ita'iga mai ofisa eseese. E aoga le fa'atusatusaga i le va o fa'ata'ita'iga mo le fa'ailoaina o foliga malolosi (tutusa) ma foliga le mautinoa.
8. Iloiloga o le faʻataʻitaʻiga ma le fuaina o le faʻatinoga (faʻamaoniga o le faʻataʻitaʻiga)
E lē gata i le fa'atinoina o fa'ata'ita'iga ni metotia fa'ata'ita'i; e tutusa lava le tāua o le iloiloga o fa'ata'ita'iga. E fa'atusatusaina fa'ata'ita'iga ma matauga fa'asolopito, toe iloiloga, ma fa'amaumauga o le paleoclimate (e pei o le aisa po'o le oneone) e fa'amaonia ai lo latou gafatia e toe gaosia ai mamanu o le vevela, timuga, ta'amilosaga o le timuga, El Niño–La Niña, ma aga masani o le fa'avevela o le lalolagi. O metotia o iloiloga e aofia ai fuainumera fa'amaumauga (fa'aituau, RMSE, feso'ota'iga), auiliiliga o tulaga ogaoga, ma iloiloga o le fa'asaoina o le malosi ma le vai.
O iloiloga faʻaonaponei e faʻamamafa foʻi le iloiloga e faʻavae i luga o le faʻagasologa: e le naʻo le faʻatusatusaina o fuainumera, ae ia iloiloina pe o toe gaosia e le faʻataʻitaʻiga ia faʻagasologa faaletino saʻo, mo se faʻataʻitaʻiga o faiga o le fausiaina o ao i itulagi o le teropika poʻo le faʻagasologa o tafega tetele o le sami.
9. A'oa'oga masini ma fa'ata'ita'iga fa'afefiloi
I tausaga talu ai nei, ua avea le aʻoaʻoina o masini (ML) ma se metotia e fesoasoani. E faʻaaogaina le ML e faʻavavevave ai vaega taugata (faʻataʻitaʻiga suitulaga), faʻasaʻo faʻaituau (faʻasaʻoga faʻaituau), pe fausia ni faʻatulagaga o ao ma le vevesi na aʻoaʻoina mai faʻataʻitaʻiga maualuga ma faʻamatalaga mataʻituina.
O se auala e folafola atu ai le manuia o se faʻataʻitaʻiga faʻafefiloi: o le tuʻufaʻatasia o se autu faaletino (e faʻatumauina ai le ogatasi ma tulafono o le puipuiga o le siosiomaga) ma se vaega o le ML mo faiga faʻavae i lalo o le upega tafaʻilagi. O luʻitau autū o le faʻalauteleina lea i tua atu o le vaega o faʻamaumauga o aʻoaʻoga, faʻamatalaina, ma le faʻamautinoaina o le mautu faʻafuainumera pe a tuʻufaʻatasia le ML i faʻataʻitaʻiga o le tau i se taimi umi.
10. Fa'aogaina o le komepiuta maualuga ma le fa'aaogaina lelei o le malosi
O faʻataʻitaʻiga faʻaonaponei o le tau e faʻagaoioia i luga o supercomputers e faitau afe i le miliona o cores komepiuta. O metotia faʻatusatusa, faʻaleleia atili o code, ma le puleaina o faʻamatalaga ulufale-faʻasalalau e taua tele. O le maualuga o iugafono ma faʻapotopotoga tetele e maua ai petabytes o faʻamatalaga, ma faʻateleina ai le taua o le puleaina o faʻamatalaga, faʻapipiʻiina, ma le in-situ analytics (faʻagasologaina o faʻamatalaga aʻo faʻagaoioia le simulation).
O le faʻalauiloaina o GPU ma fausaga fou o komepiuta ua tuleia ai le toe atinaʻeina o faʻataʻitaʻiga ina ia sili atu ona lelei. I le taimi nei, ua amata foʻi ona mafaufau le vaega o le tau i le tulagavae kaponi o le komepiuta, ma avea ai le lelei e le gata o se mataupu o le taimi ae faʻapea foʻi ma le faʻaaogaina o le malosi.
Fa'ato'a
O metotia fa'ata'ita'i tau komepiuta e tu'ufa'atasia ai le fisiki, matematika fa'anumera, fuainumera, fa'asaienisi fa'amaumauga, ma le fa'akomepiuta maualuga. Mai fa'ata'ita'iga fa'a-dynamical e fa'avae i luga o fa'atusatusaga, fa'avasegaina o grid, ma le fa'atulagaina o sub-grid, i fa'apotopotoga, fa'aitiitia o le fa'atulagaina, fa'aopoopoina o fa'amaumauga, ma le tu'ufa'atasia o le a'oa'oina o masini, o nei mea uma e fa'amoemoe e malamalama i le faiga faigata o le tau ma tu'uina atu fa'amatalaga fa'atuatuaina. A'o fa'aleleia atili matauga, a'oa'oga, ma gafatia fa'akomepiuta, o le a mafai e le fa'ata'ita'iga o le tau ona taliina fesili taua: pe fa'apefea ona suia le tau, pe fa'apefea ona vave suia, ma o a fuafuaga o le a sili ona aoga mo le fa'aitiitia ma le fetu'una'i i le lumana'i.
