지역 해양 모델링 시스템

Regional Ocean Modeling System
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ROMS(Regional Ocean Modeling System)는 다양한 응용 분야에서 과학계에서 널리 사용되는 지형 추종형 원시 방정식 해양 모델입니다.이 모델은 Rutgers University, 캘리포니아 University of California Los Angeles 및 전 세계 기부자들이 개발하고 지원합니다.

ROMS는 바다의 특정 영역이 난방이나 바람과 같은 물리적 힘에 어떻게 반응하는지를 모델링하는 데 사용됩니다.또한 주어진 해양 시스템이 침전물, 담수, 얼음 또는 영양소와 같은 입력에 어떻게 반응하는지를 모델링하는 데 사용될 수 있으며, ROMS 프레임워크 내에 내포된 결합된 모델을 필요로 한다.

프레임워크

ROMS는 4D 모델링 시스템입니다.3차원 모델(2D 수평 그리드 및 수직 그리드)로, 주어진 시간 동안 4차원으로 구동할 수 있습니다.물기둥을 구성하는 수직 레벨과 모델 영역의 2D 데카르트 평면의 좌표를 구성하는 수평 셀로 그리드됩니다.

커널

ROMS 프레임워크의 중심에는 다이내믹/숫자 코어 또는 커널이라고 불리는4가지 모델이 있습니다.

  1. 비선형 모델 커널(NLM): NLROMS[1][2]
  2. 섭동 접선 선형 모델 커널(TLM): TLROMS
  3. 유한 진폭 접선 선형 표현 모델 커널(RPM): RPROMS
  4. 인접 모델 커널(ADM): ADROM[3]

수직 그리드

수직 그리드는 하이브리드 스트레칭 그리드입니다.스트레칭 간격이 1) Princeton Ocean Model에서 사용되는 균일한 간격의 시그마 그리드와 2) 정적 깊이 간격을 갖는 진정한 z 그리드 사이의 어느 양극단 사이에 있다는 점에서 하이브리드입니다.수직 그리드를 압축하거나 늘려 열전선 또는 하단 경계층과 같은 관심 영역의 분해능을 높이거나 낮출 수 있습니다.수직 방향으로 뻗은 그리드는 하단 지형을 따르며, 해산과 같은 지형에 이상적인 물의 흐름을 허용합니다.[4] 수직 그리드의 번호는 바닥에서 공기-물 인터페이스로 올라간다. 바닥 수위는 레벨 1이고 맨 위 표면 수위는 가장 높은 수치다(예: 레벨 20).결합된 퇴적물 모듈의 경우 퇴적물 해저 수위의 번호는 퇴적물-수면으로부터 아래쪽으로 내려간다. 즉, 가장 높은 해저 수위는 레벨 1이고 가장 깊은 해저 수위가 가장 높은 수치다.

수평 그리드

수평 그리드는 구조화된 그리드이며, 이는 직사각형 4면 그리드 셀 구조를 가지고 있음을 의미합니다.수평 그리드는 또한 직교 곡선 그리드로, 관심 있는 해양 그리드 셀을 최대화하고 추가 육상 그리드 셀을 최소화합니다.수평 그리드는 또한 "rho-points"로 알려진 각 그리드 셀의 중심에서 밀도와 같은 스칼라 변수의 값이 계산되는 아라카와-C 그리드 또는 시차 그리드이다.

물리

수직 방향과 수평 방향 모두에서 기본 방정식은 중심화된 2차 유한 차이 체계를 사용합니다.예를 들어 포물선 스플라인 [2]재구성을 사용하는 등 원하는 경우 고차 체계를 사용할 수 있습니다.

일반적으로 ROMS에 의해 사용되는 물리 스킴은 다음 3개의 지배 방정식에 기초하고 있습니다.

  1. 연속성
  2. 운동량 보존(Navier-Stokes)
  3. 트레이서 변수의 수송 방정식(염도 및 온도 등)

방정식은 숫자 솔루션을 사용하여 모델 그리드의 각 위치에서 알 수 없는 5개의 값을 해결하기 위해 결합됩니다.

  • 동서 속도(u)
  • 남북 속도(v)
  • 수직 속도(w)
  • 염분
  • 온도

소스 코드

ROMS는 온라인 요청 양식에 기입하여 다운로드할 수 있는 오픈액세스 소스 코드를 사용합니다.C프로세싱으로 실행되며 공유 컴퓨팅용으로 개발되었습니다.소스 코드를 다운로드하려면 계정을 만들고 ROMS 웹 사이트에서 개발자에게 요청을 제출해야 합니다.

입출력

입력

해안선과 같은 경계는 육지와 바다 마스크를 사용하여 특정 지역에 대해 지정할 수 있다.상단 수직 경계인 공기-해상 계면은 Fairall 등(1996)[5]이 개발한 상호작용 체계를 사용한다.하부 수직 경계인 침전물-수 계면은 Styles와 Glenn(2000)[6]이 개발한 하부 응력 또는 하부 경계층 체계를 사용한다.

구현자가 특정 해양 지역에서 ROMS를 실행하기 위해 필요한 입력은 다음과 같습니다.

  • 수심계 및 해안선
  • 담수 투입량
  • 바람
  • 조류
  • 오픈 바운더리 강제(재분석 제품 또는 특정 데이터 등 이상화)
  • 열유속
  • 물리적 혼합(위 참조)

ROMS의 프로그래밍 프레임워크는 다음 세 부분으로 나뉩니다.ESMF(Earth System Modeling Framework)의 표준 사양인 Initialize, Run 및 Finalize. "Run"은 사용자가 사용할 옵션을 선택하고 필요에 따라 데이터를 흡수하는 세 가지 부분 [7]중 가장 큰 부분입니다.모델 실행을 실행하기 전에 초기화하거나 컴파일해야 합니다.

산출량

모델 실행 파일의 출력 형식은 netCDF입니다.모델 출력은 종종 MATLAB 또는 Python과 같은 독립 보조 프로그래밍 소프트웨어를 사용하여 시각화됩니다.NASA의 Panoply Data Viewer와 같은 간단한 시각화 소프트웨어를 사용하여 교육 또는 시연 목적으로 모델 출력을 시각화할 수도 있습니다.

사용자 옵션

ROMS의 일반적인 접근방식은 모델 구현자에게 높은 수준의 자유와 책임을 부여합니다.하나의 접근 방식으로는 모델이 현재 사용되는 모든 다양한 애플리케이션의 요구를 충족할 수 없습니다.따라서 각 모델 구현자(개인 또는 연구 그룹)가 사용 가능한 각 옵션을 어떻게 사용할지 선택할 수 있습니다.다음과 같은 옵션이 있습니다.

  • 수평 방향과 수직 방향의 혼합 제제
  • 수직 그리드 스트레칭
  • 처리 모드(시리얼, MPI와 병행 또는 OpenMP와 병행)
  • 디버깅의 온/오프

ROMS 를 사용하는 경우, 실장자가 문제나 버그에 직면했을 경우, ROMS 포럼에 보고할 수 있습니다.

적용들

JPL ROMS 그룹이 2013년 12월부터 매일 작성한 지구 해수면 온도(SST) 데이터 세트에서는 해상도 1km(초고해상도라고도 함)로 제작되었습니다.

ROMS의 다기능성은 시스템 및 지역에 따라 다양한 응용 프로그램에서 입증되었습니다.이는 1km에서 100km 그리드 간격과 같이 고해상도 매핑이 가능한 메소스케일 [9]시스템 또는 시스템에 가장 적합합니다.

결합 모델 응용 프로그램

생물 지구 화학, 생물 광학, 해빙, 퇴적물 및 기타 모델은 특정 과정을 연구하기 위해 ROMS 프레임워크에 포함될 수 있다.이것들은 보통 세계 바다의 특정 지역을 위해 개발되지만 다른 곳에서도 적용될 수 있다.예를 들어 ROMS의 해빙 애플리케이션은 원래 바렌츠 [10]해 지역을 위해 개발되었다.

ROMS 모델링 작업은 부이, 위성, 선박 탑재 진행 중인 샘플링 시스템 등의 관측 플랫폼과 결합되어 해양 상황을 보다 정확하게 예측하기 위해 점점 더 많이 이루어지고 있습니다.

지역 어플리케이션

세계 해양의 특정 지역에 ROMS를 적용하는 사례가 계속 증가하고 있습니다.이러한 통합 해양 모델링 시스템은 순환 구성요소에 ROMS를 사용하고 다른 변수와 프로세스를 추가합니다.예를 들어 다음과 같습니다.

  • 해양-대기-파장-심장 복합수송(COAWST)[11]
  • 선반 및 경사광학(ESPRESO) 예측 실험 시스템
  • 뉴욕항 관측 예측 시스템(NYHOPS)
  • 체서피크만 에뚜아린 탄소 및 생물 지구화학(체스롬 ECB)[12]
  • 알래스카[13] 만의 기후 지수
  • NE Pacific 및 Salish Sea의 LiveOcean 일일 예측 모델

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Shchepetkin, Alexander F. (2003). "A method for computing horizontal pressure-gradient force in an oceanic model with a nonaligned vertical coordinate". Journal of Geophysical Research. 108 (C3). doi:10.1029/2001jc001047. ISSN 0148-0227.
  2. ^ a b Shchepetkin, A.F.; McWilliams, J.C. (2005). The Regional Ocean Modeling System: A Split-Explicit, Free-Surface, Topography-Following-Coordinate Ocean Model, 2003. Los Angeles, California: University of California at Los Angeles: Institute of Geophysics and Planetary Physics.
  3. ^ Moore, Andrew M.; Arango, Hernan G.; Di Lorenzo, Emanuele; Cornuelle, Bruce D.; Miller, Arthur J.; Neilson, Douglas J. (2004-01-01). "A comprehensive ocean prediction and analysis system based on the tangent linear and adjoint of a regional ocean model". Ocean Modelling. 7 (1–2): 227–258. doi:10.1016/j.ocemod.2003.11.001. ISSN 1463-5003.
  4. ^ Song, Yuhe; Haidvogel, Dale (1994-11-01). "A Semi-implicit Ocean Circulation Model Using a Generalized Topography-Following Coordinate System". Journal of Computational Physics. 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). "Bulk parameterization of air-sea fluxes for Tropical Ocean-Global Atmosphere Coupled-Ocean Atmosphere Response Experiment". Journal of Geophysical Research: Oceans. 101 (C2): 3747–3764. CiteSeerX 10.1.1.469.6689. doi:10.1029/95jc03205. ISSN 0148-0227.
  6. ^ Styles, Richard; Glenn, Scott M. (2000-10-15). "Modeling stratified wave and current bottom boundary layers on the continental shelf" (PDF). Journal of Geophysical Research: Oceans. 105 (C10): 24119–24139. doi:10.1029/2000jc900115. ISSN 0148-0227. Archived from the original (PDF) on 2019-12-30.
  7. ^ "ROMS > start". www.myroms.org. Retrieved 2019-02-08.
  8. ^ Hedstrom, Katherine S. (2016). "Technical Manual for a Coupled Sea-Ice/Ocean Circulation Model (Version 5)" (PDF). OCS Study BOEM 2016-037. Cooperative Agreement No. M15AC00011.
  9. ^ "Met Office: Mesoscale modelling". 2010-12-29. Archived from the original on 2010-12-29. Retrieved 2018-04-26.
  10. ^ Budgell, W. P. (2005-12-01). "Numerical simulation of ice-ocean variability in the Barents Sea region". Ocean Dynamics. 55 (3–4): 370–387. doi:10.1007/s10236-005-0008-3. ISSN 1616-7341.
  11. ^ Warner, John C.; Armstrong, Brandy; He, Ruoying; Zambon, Joseph B. (2010-01-01). "Development of a Coupled Ocean–Atmosphere–Wave–Sediment Transport (COAWST) Modeling System" (PDF). Ocean Modelling. 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). "Chesapeake Bay nitrogen fluxes derived from a land-estuarine ocean biogeochemical modeling system: Model description, evaluation, and nitrogen budgets". Journal of Geophysical Research: Biogeosciences. 120 (8): 1666–1695. doi:10.1002/2015jg002931. PMC 5014239. PMID 27668137.
  13. ^ Combes, Vincent; Di Lorenzo, Emanuele (2007-10-01). "Intrinsic and forced interannual variability of the Gulf of Alaska mesoscale circulation". Progress in Oceanography. 75 (2): 266–286. doi:10.1016/j.pocean.2007.08.011. hdl:1853/14532. ISSN 0079-6611.

외부 링크