地球環境マルチスケールモデル

北米ではCMCモデルとしてよく知られる地球環境マルチスケールモデル（GEM）は、数値予報研究機構（RPN）、気象研究部門（MRB）、カナダ気象センター（CMC）で開発された統合予報およびデータ同化システムである。16日間のNWSの地球予報システム（GFS）、10日間のECMWFの統合予報システム（IFS）、8日間の海軍研究所海軍地球環境モデル（NAVGEM）、7日間の英国気象庁の統合モデル、7. 5日間のドイツ気象研究所のICON（ICOsahedral Nonhydrostatic）とともに、一般的に使用されている地球規模の中期モデルの1つである。^[要出典]

GEM の運用モデルは、全球決定論的予測システム(GDPS) として知られ、現在、全球データ同化サイクルと中期予報、地域データ同化スピンアップ サイクルと短期予報に使用されています。メソスケール予報 (粗いメッシュの場合は地域決定論的予測システムまたは RDPS という名前で配布され、北米全域で利用可能。細かいメッシュの場合は高解像度決定論的予測システムまたは HRDPS という名前で配布され、カナダでのみ利用可能) は、一晩で作成され、運用予報士が利用できます。現在、GEM モデルに基づくか、GEM モデルを使用する気象アプリケーションの数は増加しています。GEM からの出力は 10 日間で、欧州統合予報システムの公開出力と同等です。

GEM のアンサンブル版は、全球アンサンブル予測システム(GEPS) として知られています。このシステムには 20 のメンバー (およびコントロール) があり、16 日間実行されます。これは、米国の全球予報システムと同じ範囲です。GEPS は GFS アンサンブルと並行して実行され、北米アンサンブル予報システムを形成します。北米をカバーし、20 のメンバーとコントロールを持つ地域アンサンブル予測システム (REPS) は、72 時間実行されます。

GEM モデルは、今後数年間のカナダの運用上の天気予報のニーズを満たすために開発されました。現在、これらのニーズには、短期の地域予報、中期の地球規模の予報、およびデータ同化が含まれます。将来的には、メソスケールでの現在予報、月単位から季節単位までの動的な長期予報が含まれるようになります。このアプローチの本質は、実行時に再構成して、均一な解像度で地球規模で実行したり (「他の」半球では解像度が低下する可能性があります)、関心のある領域に高解像度が集中するように地球規模のドメインで可変解像度で実行したりできる、単一の非常に効率的なモデルを開発することです。

運用 GEM モデルダイナミクスは、地形に追従する圧力の垂直座標(h)を持つ静水力学的プリミティブ方程式で定式化されます。時間の離散化は、暗黙的な 2 時間レベルセミラグランジュ スキームです。空間の離散化は、水平 (緯度経度) のArakawa C グリッド上のGalerkin グリッド ポイント定式化と、非スタッガード垂直離散化です。水平メッシュは均一または可変解像度にすることができ、さらに任意に回転することができ、垂直メッシュも可変です。明示的な水平拡散は、すべての予測変数で -2 です。

運用 GEM モデルは、完全な物理パラメータ化とインターフェースされており、これには現在以下が含まれます。

• 太陽放射と赤外線は水蒸気、二酸化炭素、オゾン、雲と相互作用し、
• 力復元法による陸上表面温度の予測、
• 鉛直拡散による惑星境界層内の乱流、安定性と乱流運動エネルギーに基づく拡散係数、
• モニン・オブホフ相似理論に基づく表面層、
• 浅い対流スキーム（非降水）、
• クオ型深層対流スキーム（全球予報システム）、
• フリッチュ・チャッペル型深層対流スキーム（地域予報システム）
• 層状降水に対するSundqvist凝縮スキーム、
• 重力波の抵抗。

GEM モデルの開発の次の段階は、静水圧の仮定が成り立たない中規模アプリケーション用の非静水圧バージョンを評価することです。限定領域 (オープン境界) バージョンがそれに続く予定です。GEM の分散メモリ バージョンはほぼ完成しており、^{[いつ? ]現在}Message Passing Interface を使用しているローカルで開発された通信インターフェイスに基づく主要な再コーディング作業です。ISBA (土壌-生物圏-大気相互作用) や CLASS (カナダ陸面スキーム)などのさまざまな陸面スキームのパフォーマンスに関する研究が進んでいます。^{[いつ? ]}

この戦略は、単一の多目的かつマルチスケールの数値モデルを中核とする、統合されたデータ同化および予測システムに向けて進んでいます。

GEMなどのカナダの予測モデルからの出力はカナダの著作権で保護されていますが、環境カナダに適切に帰属する場合は無料ライセンスで発行されます。 ^[1]そのため、GDPSやGEPSを含むGEMデータはさまざまな非公式サイトで再配布されています。

• 地球気候モデル

• ECCC GEM公式サイト
  • GEM の分散メモリバージョンである GEMDM の紹介
• GEM出力を視覚化およびアニメーション化するECCC MSC AniMetツール
• Ventusky GEM - 天気予報の視覚化
• ケベック大学モントリオール校のモデル出力:
  • 国内総生産
  • RDPS
  • 人事
  • REPS 個々のアンサンブルメンバー
  • GEPS個人アンサンブルメンバー、10日間欠席
• GEPS平均出力、Tropical Tidbitsより16日分
• GEPS 平均出力、週間予測、ジョージ メイソン大学の SubX プログラムによる 4 週間先 (右上)