Àwọn Ìmọ̀ Ìṣirò Àyíká Ayíká
Àwòrán ojúọjọ́ oníṣirò jẹ́ iṣẹ́ ìjìnlẹ̀ sáyẹ́ǹsì ti ṣíṣe àfihàn ètò ojúọjọ́ ayé—afẹ́fẹ́ ojúọjọ́, òkun, ilẹ̀, yìnyín, àti bíosphere—ní ìrísí àwọn ìṣirò ìṣirò tí àwọn kọ̀ǹpútà ń ṣe àfarawé. Ète náà kìí ṣe láti “sọtẹ́lẹ̀ ojúọjọ́,” ṣùgbọ́n láti lóye ìwà ojúọjọ́ ìgbà pípẹ́, láti ṣe àyẹ̀wò ipa àwọn ìgbòkègbodò ènìyàn, àti láti ṣe àwárí àwọn ìṣẹ̀lẹ̀ ọjọ́ iwájú tí ó da lórí àwọn ìyípadà nínú ìtújáde gaasi eefin, lílo ilẹ̀, àti àwọn ohun àdánidá bí ìbúgbà òkè ayọnáyèéfín àti àwọn ìyàtọ̀ oòrùn. Nítorí pé ojúọjọ́ jẹ́ ètò tí ó díjú, àwòrán ojúọjọ́ gbára lé oríṣiríṣi àwọn ọ̀nà ìṣirò afikún, láti àwọn àpẹẹrẹ ara tí ó dá lórí ìṣirò sí àwọn ọ̀nà ẹ̀kọ́ ìṣirò àti ẹ̀rọ.
1. Àwọn àwòṣe tí a gbé ka orí àwọn ìdọ́gba ti ara (Àwọn àwòṣe Oníyípadà)
Ọ̀nà pàtàkì jùlọ nínú àwòṣe ojúọjọ́ ni àwòṣe onípele-ayé, èyí tí ó ń kọ́ àwọn àwòṣe láti inú àwọn òfin ti ara tí a mọ̀. Ní pàtàkì, a ṣe àpèjúwe agbára ojúọjọ́ àti òkun nípasẹ̀ àwọn ìṣètò ìyàtọ̀ díẹ̀ bíi àwọn ìṣètò Navier-Stokes (fún àwọn omi), àwọn ìṣètò thermodynamics (agbára), ìpamọ́ ibi-iṣẹ́ (ìtẹ̀síwájú), àti àwọn ìṣètò fún ìrìnnà omi tàbí iyọ̀. Nítorí pé àwọn ìṣètò wọ̀nyí kò ní àwọn ìdáhùn oníṣàyẹ̀wò tí ó rọrùn lórí ìwọ̀n pílánẹ́ẹ̀tì, a ń lo àwọn kọ̀ǹpútà láti ṣe ìṣọ̀kan nọ́mbà ní àkókò.
Àwọn àpẹẹrẹ ìyípadà ojúọjọ́ sábà máa ń pín sí oríṣiríṣi apá: afẹ́fẹ́, òkun, ilẹ̀, yìnyín òkun, àti nígbà míìrán kẹ́míkà afẹ́fẹ́. Àwọn ìbáṣepọ̀ láàrín àwọn ẹ̀yà ara wọ̀nyí ni a so pọ̀ nípasẹ̀ ìyípadà agbára, ọrinrin, agbára, àti ìṣàn erogba. Àǹfààní ọ̀nà ti ara ni ìbáramu rẹ̀ pẹ̀lú àwọn ìlànà ìpìlẹ̀ ti ìṣẹ̀dá; àwọn àléébù rẹ̀ ni iye owó ìṣirò rẹ̀ àti ìgbẹ́kẹ̀lé rẹ̀ lórí àwọn ìrọ̀rùn fún àwọn iṣẹ́ tí ó kéré jù ní ìwọ̀n (fún àpẹẹrẹ, àwọn ìkùukùu convective).
2. Ìyàtọ̀ sí àkójọpọ̀ àti ìpinnu ààyè-àkókò
Nítorí pé ilẹ̀ ayé ń lọ déédéé, àwọn àpẹẹrẹ nílò àwọn ọ̀nà ìyapa: a pín ojú ilẹ̀ àti afẹ́fẹ́ sí àwọn sẹ́ẹ̀lì grid (squares) ní latitude-longitude àti inaro. Ìpinnu grid (fún àpẹẹrẹ, 100 km, 25 km, tàbí kí ó sàn jù) ló ń pinnu àwọn kúlẹ̀kúlẹ̀ tí a lè fihàn. Bí ìpinnu náà ṣe sàn tó, bẹ́ẹ̀ náà ni a ṣe lè “fihàn” àwọn ìlànà agbègbè ní kedere, ṣùgbọ́n àwọn ohun tí a nílò fún ìṣirò ń pọ̀ sí i gidigidi.
Ní àfikún sí àkójọpọ̀ latitude-longitude àtijọ́, àwọn àwòṣe kan lo ẹ̀rọ onigun-spherical tàbí àwọn ọ̀nà finite element láti dín àwọn ìṣòro nọ́mbà kù nítòsí àwọn ọ̀pá náà. Yíyan ìgbésẹ̀ àkókò tún ṣe pàtàkì: ìgbésẹ̀ àkókò tó tóbi jù lè mú kí àwòṣe náà dúró ṣinṣin, nígbà tí ìgbésẹ̀ kékeré jù lè dín ìfarahàn náà kù. Nítorí náà, àwọn ètò nọ́mbà kan—bíi semi-indicated tàbí split-explicit—ni a lò láti mú ìdúróṣinṣin dúró ṣinṣin nígbàtí ó bá ṣì ń ṣiṣẹ́ dáadáa.
3. Ìpíndọ́gba àwọn iṣẹ́ abẹ́-àkójọ
Ọ̀pọ̀lọpọ̀ iṣẹ́ pàtàkì ló máa ń wáyé ní àwọn ìwọ̀n tí ó kéré sí àwọn sẹ́ẹ̀lì grid, bí ìṣẹ̀dá ìkùukùu, ìrúkèrúdò ìpele ààlà, ìṣàn omi, tàbí àwọn ìbáṣepọ̀ aerosol-cloud. Nítorí pé a kò le ṣe àfarawé wọn ní kedere ní àwọn ìpinnu àgbáyé tí ó wọ́pọ̀, a ṣojú wọn nípasẹ̀ parameterizations: àwọn òfin empirical tàbí semi-empirical tí ó so àwọn ipò grid-scale mọ́ àwọn ipa apapọ ti àwọn iṣẹ́ kékeré.
Ìṣàfihàn paramita jẹ́ ọ̀kan lára àwọn orísun tó tóbi jùlọ fún àìdánilójú nínú àwọn àsọtẹ́lẹ̀ ojúọjọ́, pàápàá jùlọ nípa àwọsánmà, èyí tó ní ipa lórí ìfọ́mọ́lẹ̀ ayé (albedo) àti ìfọ́mọ́lẹ̀ ìtànṣán. Àwọn ọ̀nà ìṣàfihàn paramita òde òní ní àwọn ọ̀nà ìṣàfihàn stochastic, èyí tó ní àwọn èròjà ìṣeéṣe láti ṣojú fún àwọn ìyàtọ̀ kékeré tí grid kò yanjú.
4. Àwọn àwòṣe ìṣàn gbogbogbòò àti àwọn àwòṣe ètò ayé (GCM & ESM)
Àwọn àpẹẹrẹ ojú ọjọ́ ayé tó gbajúmọ̀ jùlọ ni Àwọn Àpẹẹrẹ Ìṣàn Ọjọ́pọ̀ (GCMs), èyí tó ń ṣe àfarawé ìṣàn ojú ọjọ́ àti/tàbí òkun ní ìwọ̀n pílánẹ́ẹ̀tì. Àwọn àpẹẹrẹ tó kún rẹ́rẹ́ jù ni a mọ̀ sí Àwọn Àpẹẹrẹ Ọ̀nà Ilẹ̀ Ayé (ESMs), èyí tó ń fi àwọn ìyípo biogeochemical bíi carbon àti nitrogen cycles àti ewéko kún un. Pẹ̀lú àwọn ìlànà ESM, àwọn olùwádìí lè kẹ́kọ̀ọ́ kìí ṣe ìdáhùn ooru sí àwọn ìtújáde nìkan, ṣùgbọ́n wọ́n tún lè ṣe àyẹ̀wò bí ìyípadà ojú ọjọ́ ṣe ní ipa lórí agbára àwọn ètò àyíká láti fa erogba, èyí sì lè mú kí àbájáde ojú ọjọ́ àti erogba ṣẹ̀dá.
Ní ìpele ìlò, a lo àwòṣe yìí láti ṣe àdánwò pẹ̀lú àwọn “àyìíyé”: fún àpẹẹrẹ, bí ojú ọjọ́ yóò ṣe yí padà tí àwọn ìtújáde bá ń bá a lọ láti pọ̀ sí i, tí ó dúró ṣinṣin, tàbí tí ó ń dínkù kíákíá. Àwọn àbájáde náà jẹ́ ìpìlẹ̀ fún àwọn ìwádìí ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì kárí ayé àti láti fún ìlànà ojú ọjọ́ ní ìtọ́sọ́nà.
5. Dídínkù sí ìpele: láti àgbáyé sí agbègbè
Àwọn àìní àwọn olùlò sábà máa ń jẹ́ ti agbègbè: ipa lórí òjò ìlú ńlá, ooru líle ní àwọn agbègbè iṣẹ́ àgbẹ̀, tàbí ewu ìkún omi ní àfonífojì odò. Nítorí pé àwọn àpẹẹrẹ àgbáyé sábà máa ń le jù fún àwọn àlàyé agbègbè, a máa ń lo àwọn ọ̀nà ìfàsẹ́yìn.
Ọ̀nà pàtàkì méjì ló wà. Àkọ́kọ́, ìyípadà dynamic pẹ̀lú Àpẹẹrẹ Ayíká Ayíká (RCM), èyí tí ó ń lo àwòṣe gíga lórí agbègbè kan pàtó pẹ̀lú àwọn ìdíwọ́ ti àwòṣe àgbáyé kan. Èkejì, ìyípadà statistiki, èyí tí ó ń fi àwọn ìbáṣepọ̀ statistiki múlẹ̀ láàrín àwọn oníyípadà ńlá (fún àpẹẹrẹ, ìṣàn afẹ́fẹ́) àti àwọn oníyípadà àdúgbò (ìrọ̀jò ibùdó). Ìyípadà statistiki kò gbowó púpọ̀ ṣùgbọ́n ó sinmi lórí èrò pé àwọn ìbáṣepọ̀ statistiki àtijọ́ yóò dúró ní ọjọ́ iwájú.
6. Ìṣàfilọ́lẹ̀ dátà fún àtúntò àwòṣe àti ìṣọ̀kan rẹ̀
Bó tilẹ̀ jẹ́ pé ìsopọ̀mọ́ra dátà ni a mọ̀ jùlọ nínú àsọtẹ́lẹ̀ ojú ọjọ́, ọ̀nà yìí tún ṣe pàtàkì nínú àwòṣe ojú ọjọ́, pàápàá jùlọ fún àtúnyẹ̀wò àti àtúntò àwọn ipò ojú ọjọ́ ìtàn. Ìsopọ̀mọ́ra dátà ń so àwọn àkíyèsí (satẹ́ẹ̀lì, ibùdókọ̀, ọkọ̀ ojú omi, ọkọ̀ ojú omi) pọ̀ mọ́ àwọn àpẹẹrẹ tí a ti ṣe àkíyèsí láti mú àwọn ìṣirò tí ó bá ipò ojú ọjọ́ àti òkun mu wá.
Àwọn ọ̀nà tó gbajúmọ̀ ni Àlẹ̀mọ́ Kalman (àti àwọn ohun tó yọrí sí i bíi Àlẹ̀mọ́ Kalman) àti àwọn ọ̀nà tó yàtọ̀ (3D-Var/4D-Var). Nínú àyíká ojú ọjọ́, ìfọwọ́sowọ́pọ̀ ń ran àwọn ìwífún tó fọ́nká tí kò pé, ó sì ń pèsè àwọn ọjà ìtàn tó wúlò fún ṣíṣe àyẹ̀wò àwọn àpẹẹrẹ àti òye àwọn àṣà ìgbà pípẹ́.
7. Ṣíṣe àwòkọ́ṣe fún àìdánilójú àti ìṣeeṣe
Ojú ọjọ́ máa ń ru rúdurùdu, nítorí náà àwọn àbájáde ìṣàpẹẹrẹ máa ń fara mọ́ àwọn ipò àkọ́kọ́ àti àwọn yíyàn paramita. Láti ṣe àṣeyọrí èyí, a ń lo àwòṣe àpapọ̀: ṣíṣiṣẹ́ àwòṣe ní ọ̀pọ̀ ìgbà pẹ̀lú àwọn ipò ìbẹ̀rẹ̀, àwọn ìṣẹ̀lẹ̀, tàbí àwọn paramita tó yàtọ̀ síra láti mú onírúurú àǹfààní wá. Àwọn àwòṣe àpapọ̀ gba àwọn olùwádìí láàyè láti ṣe àyẹ̀wò ìṣeeṣe ìṣẹ̀lẹ̀ kan (fún àpẹẹrẹ, ìlọ́po méjì àǹfààní ìgbì ooru líle) dípò ipa àbájáde kan ṣoṣo.
Ẹgbẹ́ náà tún ń ṣe àtìlẹ́yìn fún àwọn àkójọpọ̀ onípele-pupọ, èyí tí ó ń so ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn àwòṣe pọ̀ láti oríṣiríṣi ilé-iṣẹ́. Àfiwé láàárín àwọn àwòṣe wúlò fún dídá àwọn àwòṣe tí ó lágbára (tí ó dúró ṣinṣin) àti àwọn tí kò dájú mọ̀.
8. Ìṣàyẹ̀wò àti wíwọ̀n iṣẹ́ àwòṣe (ìjẹ́rìísí àwòṣe)
Àwọn ọ̀nà ìṣàpẹẹrẹ àwòrán kò dúró ní ṣíṣe àwọn àwòṣe; ìṣàyẹ̀wò àwòrán ṣe pàtàkì bákan náà. A fi àwọn àwòrán wé àwọn àkíyèsí ìtàn, àtúnyẹ̀wò, àti àwọn àkọsílẹ̀ paleoclimate (fún àpẹẹrẹ, àwọn ohun ìṣàpẹẹrẹ yìnyín tàbí àwọn ìdọ̀tí) láti fìdí agbára wọn múlẹ̀ láti tún àwọn àpẹẹrẹ ti ìgbóná, òjò, ìṣàn omi òjò, El Niño–La Niña, àti àwọn àṣà ìgbóná ayé ṣe. Àwọn ọ̀nà ìṣàyẹ̀wò pẹ̀lú àwọn ìwọ̀n ìṣirò (ìbáradọ́gba, RMSE, ìbáradọ́gba), ìṣàyẹ̀wò àṣejù, àti ìṣàyẹ̀wò agbára àti ìpamọ́ omi.
Ìṣàyẹ̀wò òde òní tún tẹnu mọ́ ìṣàyẹ̀wò tí ó dá lórí ìlànà: kìí ṣe pé ó bá àwọn nọ́mbà mu nìkan, ṣùgbọ́n ṣíṣe àyẹ̀wò bóyá àwòṣe náà ń tún àwọn ìlànà ti ara ṣe, fún àpẹẹrẹ àwọn ọ̀nà ìṣẹ̀dá àwọsánmà ní àwọn agbègbè olóoru tàbí ìṣiṣẹ́ àwọn ìṣàn omi òkun pàtàkì.
9. Ẹ̀kọ́ ẹ̀rọ àti àwọn àwòṣe àdàpọ̀
Ní àwọn ọdún àìpẹ́ yìí, ẹ̀kọ́ ẹ̀rọ (ML) ti di ọ̀nà àfikún. A ń lo ML láti mú kí àwọn èròjà olówó gọbọi yára (àwòrán surrogate), láti ṣe àtúnṣe àwọn ẹ̀tanú (àtúnṣe àìbáradé), tàbí láti kọ́ àwọn parameterization ti àwọsánmà àti ìrúkèrúdò tí a kọ́ láti inú àwọn àwòṣe gíga-gíga àti àwọn dátà àkíyèsí.
Ọ̀nà tó dájú ni àwòṣe àdàpọ̀: pípapọ̀ mojuto ara (láti mú kí ó bá àwọn òfin ìpamọ́ mu) pẹ̀lú àwòṣe ML fún àwọn iṣẹ́ ìṣàlẹ̀ àkójọpọ̀. Àwọn ìpèníjà pàtàkì ni ìṣàpapọ̀ ju ìwọ̀n ìwádìí ìdánilẹ́kọ̀ọ́ lọ, ìtumọ̀, àti rírí i dájú pé ìdúróṣinṣin nọ́mbà wà nígbà tí a bá so ML pọ̀ mọ́ àwọn àwòṣe ojú ọjọ́ ìgbà pípẹ́.
10. Iṣiro iṣẹ ṣiṣe giga ati ṣiṣe agbara
Àwòrán ojú ọjọ́ òde òní ń ṣiṣẹ́ lórí àwọn supercomputers pẹ̀lú ẹgbẹẹgbẹ̀rún sí mílíọ̀nù àwọn kọ́ọ̀pútà oníṣirò. Àwọn ọ̀nà ìbáramu, ìṣedéédé kódù, àti ìṣàkóso ìtẹ̀síwájú-ìjáde dátà jẹ́ pàtàkì. Àwọn ìpinnu gíga àti àwọn àkójọpọ̀ ńláńlá ń mú kí àwọn petabytes ti dátà jáde, èyí tí ó mú kí ìṣàkóso dátà, ìfúnpọ̀, àti ìṣàyẹ̀wò nínú-ipò (ṣíṣe dátà nígbà tí ìfọwọ́sowọ́pọ̀ náà ń ṣiṣẹ́) túbọ̀ ṣe pàtàkì sí i.
Dídé àwọn GPU àti àwọn ètò ìṣiṣẹ́ kọ̀mpútà tuntun ti mú kí àtúnṣe àwọn àpẹẹrẹ náà mú kí wọ́n ṣiṣẹ́ dáadáa. Ní àkókò kan náà, àwùjọ ojú ọjọ́ tún ń bẹ̀rẹ̀ sí í ronú nípa ipa tí kọ̀mpútà ń ní lórí agbára, èyí tí ó mú kí iṣẹ́ ṣíṣe dáadáá kì í ṣe ọ̀ràn àkókò nìkan ṣùgbọ́n lílo agbára pẹ̀lú.
Penutup
Àwọn ọ̀nà ìṣàpẹẹrẹ ojú ọjọ́ oníṣirò ń sopọ̀ mọ́ fisiksi, mathimatiki nọ́mbà, statistiki, ìmọ̀ ìjìnlẹ̀ data, àti iṣiṣẹ́ gíga. Láti àwọn àwòṣe oníyípadà tí ó dá lórí ìfiwéra, ìpínyà grid, àti parameterization sub-grid, sí àwọn àkójọpọ̀, ìṣàtúnṣe data, àti ìṣọ̀kan ẹ̀kọ́ ẹ̀rọ, gbogbo wọn ni a ń gbìyànjú láti lóye ètò ojú ọjọ́ tí ó díjú àti láti pèsè ìwífún tí ó ṣeé gbẹ́kẹ̀lé. Bí àwọn àkíyèsí, àwọn ìmọ̀ ìjìnlẹ̀, àti agbára ìṣirò ṣe ń sunwọ̀n sí i, àwòṣe ojú ọjọ́ yóò túbọ̀ lè dáhùn àwọn ìbéèrè pàtàkì: bí ojú ọjọ́ ṣe ń yípadà, bí ó ṣe ń yára yípadà, àti àwọn ọgbọ́n wo ni yóò múná dóko jùlọ fún ìdènà àti àtúnṣe lọ́jọ́ iwájú.
