Atmosfärsmodeller

Atmosfärsmodeller är matematiska och numeriska representationer av jordens atmosfär som används för att studera och förutsäga väder, klimat och atmosfäriska processer. Modellerna bygger på fysikens lagar och löser grundläggande ekvationer som beskriver luftens rörelse (Navier–Stokes), kontinuitet, energibevarande och fukttransporter.

För att fånga processen i praktiska beräkningar delas atmosfären ofta upp i ett tredimensionellt gitter och tiden delas i små steg. Olika modeller används beroende på fråga och skala: globala klimatmodeller (GCM) som beskriver jorden på storskalig nivå, regionala klimatmodeller (RCM) som ger högre upplösning inom ett område, väderprognosmodeller som fokuserar på korta tidssteg, och kemiska/transportmodeller som beräknar spridning av föroreningar och kemiska reaktioner.

Processer som inte direkt resolveras, som moln, konvektion och strålningsöverföring, får parametriseringar som förenklar deras effekt. Modellerna används för att analysera klimatets känslighet för utsläpp, scenarier för framtida förändringar, och för att producera förutsägelser av väder och luftkvalitet. Data från observationer och satelliter används i dataassimilation för att korrigera modellutgångar och förbättra prognoser.

En vanlig metod är ensemble-prognoser där flera körningar med små varianter ger ett spridningsmått på osäkerhet. Modellenas giltighet testas mot mätningar och historiska perioder (hindcasting). Begränsningar inkluderar osäkerheter i parametriseringar, beroende av kvaliteten på observationer, och påverkan av initialvillkor. Trots det är atmosfärsmodeller centrala verktyg inom meteorologi, klimatsforskning och miljöbedömningar.