利用者:Mkuriki/sandbox

GFSによる予報の例。この例は850ヘクトパスカル面におけるジオポテンシャル高度と温度の96時間予報である。

Global Forecast System (GFS) はアメリカ国立気象局 (National Weather Service) が行っている全球モデルと変分法解析を用いた全球の数値予報システムである。

運用[編集]

数値モデルは1日に4回実行され、気象予報の結果は16日先まで作成される。しかし10日後以降の空間分解能は減少する。一般に、予報精度は(他の数値気象予報モデルを使ったとしても同じように)時間経過に従って低下し、長期予報においては大スケールの現象のみが大きな精度を保てる。一般に利用されている総観気象学の中距離空間範囲のモデルとして最も有力なものの一つである。

原理[編集]

GFSモデルは水平解像度約13 kmで0から16日までの3次元の有限体積法を用いたモデルである。鉛直方向は127層に分割されており、中間圏界面(約80 km)まで広がっている。時間方向には最初の120時間は1時間ごと[1]、10日目までは3時間ごと、16日目までは12時間ごとに出力されている。GFSの出力結果は出力統計モデル（英語版）を作成するためにも使われている。

変動[編集]

メインの数値モデルに加えて、GFSは低解像度の30種類(対照実験モデルと運用モデルを含めると31種類)のアンサンブル予報の基盤にもなっており、 これらのモデルは運用モデルと同時進行で実行され、同じ時間スケールで利用可能である。 このアンサンブル予報はGEFS(全球アンサンブル予報システム)と呼ばれている。 GEFSはカナダの全球環境マルチスケールモデル(Global Environmental Multiscale Model（英語版）; GEM)の アンサンブル予報と組み合わせて、北アメリカアンサンブル予報システム(North American Ensemble Forecast System（英語版）; NAEFS)を構成している。

利用[編集]

アメリカ政府によるほとんどの著作物と同じく、GFSデータは著作権がなく、米国法の規定によってパブリックドメインとして自由に利用することができる。 そのため、このモデルは数多くの民間企業、商業利用など諸外国の気象会社の予測の基盤として利用されている。

精度[編集]

2015年まで、GFSモデルは他の全球気象モデルに精度が劣っていた[2][3]。 顕著な例として、2012年に発生したハリケーン「サンディ」に関する予報の事例がある。 GFSモデルの予報では上陸する4日前まで海に出ると予報が誤っていたのに対し、 ヨーロッパ中期予報センターのECMWFモデルの予報では7日前までに上陸することを正しく予報していた。 この原因の多くはアメリカ国立気象局における計算機資源の限界によるものだとされている。 これを受けてアメリカ国立気象局では新たなスーパーコンピュータを導入し、計算能力が776テラFLOPSから5.78ペタFLOPSに上昇した[4][5][6]。 2017年7月19日12時(UTC)の計算から、GFSモデルはアップグレードされた。 近い時期にアップグレードされたECMWFとは異なり、新しいGFSは前のバージョンと比べて熱帯域やその他の地域において挙動がわずかに異なっている[7]。 このバージョンはマッデン・ジュリアン振動やサハラ大気層（英語版）の変数をより精度よく表すことができる。

In 2018, the processing power was increased again to 8.4 petaflops,[8] The agency also tested a potential replacement model with different mechanics, the flow-following, finite-volume icosahedral model (FIM), in the early 2010s; it abandoned that model around 2016, after it did not show substantial improvement over the GFS.

In 2019, a major upgrade was held for the GFS, converting it from the GSM (Global Spectral Model) to the new FV3 dycore. Horizontal and vertical resolution remained the same but this set the foundation for what is now known as the UFS (Unified Forecast System).

On March 22, 2021, the NOAA upgraded the GFS model, coupling it with the WaveWatch III global wave model, which will increase the GFS's resolution from 64 to 127 vertical levels, while extending the WaveWatch III forecasting window from 10 to 16 days. This left some meteorologists hopeful that the GFSv16 upgrade would be enough to close the accuracy gap with the ECMWF's model, which was considered to be the most accurate global weather model at the time.[9][10]

新しい力学コア[編集]

On June 12, 2019, after several years of testing, NOAA upgraded the GFS with a new dynamical core, the GFDL Finite-Volume Cubed-Sphere Dynamical Core (FV3), which uses the finite volume method instead of the spectral method used by earlier versions of the GFS. The resulting model, initially developed under the name FV3GFS, inherited the GFS moniker, with the legacy GFS continuing to be run until September 2019.[11][12] Initial testing of the FV3-based GFS showed promise, improving upon the large-scale prediction skill and hurricane track accuracy of the legacy GFS.[13]

GFSの特徴[編集]

With the initial operational implementation of FV3GFS now accomplished, NOAA's Environmental Modeling Center (EMC) global modeling focus has turned towards development of the next GFS (v16) upgrade, which will include doubled vertical resolution (64 to 127 layers), more advanced physics, data assimilation system upgrades, and coupling to a NCEP's Global Wave Model using the Unified Forecast System (UFS) community model. GFSv16 was implemented on March 22, 2021.[14]

On 23 September 2020, the first global UFS application at NCEP was implemented in the Global Ensemble Forecast System (GEFS v12). The components of this upgrade include:

  • Use of the FV3 global model (same version as GFS v15) as the atmospheric component of GEFS
  • Increase in horizontal resolution to ~25 km
  • Forecast length increased from 10 to 16 days
  • Increased from 21 to 31 members
  • Coupling the GEFS atmospheric component to the NCEP Global Wave model
  • Run a 32nd member to 5 days (GEFS-Aero) for aerosol prediction, inline aerosol representation based on GOCART (GSD-Chem).

This implementation is the first global-scale coupled system at NCEP, and replaces the previous standalone Global Wave Ensemble and the NEMS GFS Aerosol Component (NGAC) systems. More details can be found at the EMC Model Evaluation Group’s GEFS v12 web site, the EMC GEFS web page, and the EMC GEFS-Aerosol web page.

関連項目[編集]

Computer programming
ポータル Weather

脚注[編集]

  1. ^ “Technical Implementation Notice 16-11 Amended”. Nation Weather Service. 2016年6月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年6月5日閲覧。
  2. ^ Berger, Eric (2016年6月21日). “The US weather model is now the third-fourth best in the world”. Ars Technica. https://arstechnica.com/science/2016/06/the-us-weather-model-is-now-the-fourth-best-in-the-world/ 
  3. ^ Berger, Eric (2016年3月11日). “The European forecast model already kicking America's butt just improved”. Ars Technica. https://arstechnica.com/science/2016/03/the-european-forecast-model-already-kicking-americas-butt-just-improved/ 2016年8月16日閲覧。 
  4. ^ Kravets, David (2015年1月5日). “National Weather Service will boost its supercomputing capacity tenfold”. Ars Technica. https://arstechnica.com/science/2015/01/national-weather-service-will-boost-its-supercomputing-capacity-tenfold/ 2016年8月16日閲覧。 
  5. ^ Rice, Doyle (2016年2月22日). “Supercomputer quietly puts U.S. weather resources back on top”. USA Today. https://www.usatoday.com/story/weather/2016/02/22/supercomputer-reston-noaa-cray-ibm/80290546/ 2016年8月16日閲覧。 
  6. ^ “NOAA completes weather and climate supercomputer upgrades”. NOAA. 2016年8月16日閲覧。
  7. ^ Team, NCO Web. “NCO PMB – Upcoming Changes”. www.nco.ncep.noaa.gov. 2017年7月19日閲覧。
  8. ^ “NOAA kicks off 2018 with massive supercomputer upgrade | National Oceanic and Atmospheric Administration” (英語). www.noaa.gov. 2018年8月20日閲覧。
  9. ^ Lauren Gaches (2021年3月22日). “NOAA upgrades flagship U.S. global weather model”. NOAA. 2021年9月14日閲覧。
  10. ^ Paul Douglas (2021年4月18日). “Will a New GFS Weather Model Upgrade Close the Gap with The European Model?”. AerisWeather. 2021年9月14日閲覧。
  11. ^ “Service Change Notice 19-40”. NOAA. 2019年6月12日閲覧。
  12. ^ “NOAA to develop new global weather model | National Oceanic and Atmospheric Administration”. 2022年10月28日閲覧。
  13. ^ “NOAA Budget Cuts Get Chilly Reception in Congress” (2018年4月27日). 2022年10月28日閲覧。
  14. ^ “Service Change Notice 21-20”. National Weather Service. 2021年3月22日閲覧。

External links[編集]

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