地球予測システム

全球予報システム( GFS ) は、米国国立気象局(NWS)が運営する、全球コンピュータ モデルと変分解析を含む全球数値気象予報システムです。

数学モデルは1日に 4 回実行され、最大 16 日先の予報を生成しますが、10 日を超えると空間解像度が低下します。予報精度は一般に時間とともに低下します (他の数値天気予報モデルと同様)。また、長期予報では、より大きなスケールでのみ高い精度が維持されます。これは、一般的に使用されている主要な総観スケールの中期モデル の 1 つです。

GFS モデルは有限体積 立方球(FV3) の動的コアを持ち、0 日から 16 日までの水平解像度はおよそ 13 km です。垂直方向では、モデルは 127 層に分割され、中間圏界面(およそ 80 km) まで拡張されます。最初の 120 時間は 1 時間ごとに、^{[1] 10 日目までは 3 時間ごと、16 日目までは 12 時間ごとに予報出力を生成します。GFS からの出力は、}モデル出力統計の生成にも使用されます。

メイン モデルに加えて、GFS は、運用 GFS と同時に実行され、同じ時間スケールで利用できる、解像度の低い 30 メンバー (制御メンバーと運用メンバーを数えると 31)のアンサンブルの基盤でもあります。このアンサンブルは、「地球アンサンブル予報システム」(GEFS) と呼ばれます。GFS アンサンブルは、カナダの地球環境マルチスケール モデルアンサンブルと組み合わされて、北米アンサンブル予報システム(NAEFS)を形成します。

米国政府のほとんどの著作物と同様に、GFS データは著作権で保護されておらず、米国法の規定に基づいてパブリック ドメインで無料で利用できます。このため、このモデルは数多くの民間、商業、海外の気象会社の予測の基礎として使用されています。

2015年までに、GFSモデルの精度は他の全球気象モデルの遅れをとっていた。^{[2] [3]}このことは、GFSモデルがハリケーン・サンディが上陸の4日前まで海に転じると誤って予測したのに対し、欧州中期予報センターのモデルは上陸を7日前に正しく予測していたことで最も顕著であった。この多くは、国立気象局内の計算リソースの限界によるものと示唆された。これに対応して、NWSは新しいスーパーコンピュータを購入し、処理能力を776テラフロップスから5.78ペタフロップスに増加させた。^{[4] [5] [6]} 2017年7月19日の12z実行時点で、GFSモデルはアップグレードされている。最近アップグレードされたECMWFとは異なり、新しいGFSは熱帯地方やその他の地域で以前のバージョンとは少し異なる動作をする。^{[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などの変数をより正確に考慮しています。2018年には、処理能力が再び8.4ペタフロップスに増加しました。^[8] NASAは2010年代初頭に、異なるメカニズムを持つ潜在的な代替モデルである流れ追従有限体積イコサヘドロンモデル（FIM）もテストしましたが、GFSに比べて大幅な改善が見られなかったため、2016年頃にそのモデルを放棄しました。

2019年、GFSの大幅なアップグレードが行われ、GSM（全球スペクトルモデル）から新しいFV3ダイコアに変換されました。水平解像度と垂直解像度は同じままでしたが、これが現在UFS（統合予報システム）として知られているものの基礎となりました。2021年3月22日、NOAAはGFSモデルをアップグレードし、WaveWatch III全球波動モデルと組み合わせました。これにより、GFSの解像度が64から127の垂直レベルに増加し、WaveWatch IIIの予報ウィンドウが10日から16日に延長されます。これにより、一部の気象学者は、GFSv16のアップグレードが、当時最も正確な全球気象モデルと考えられていたECMWFのモデルとの精度のギャップを埋めるのに十分であると期待しました。^{[9] [10]}

2019年6月12日、数年にわたるテストを経て、NOAAはGFSを新しい動的コアであるGFDL有限体積立方球動的コア（FV3）にアップグレードしました。これは、以前のバージョンのGFSで使用されていたスペクトル法ではなく、有限体積法を使用しています。結果として得られたモデルは、当初FV3GFSという名前で開発され、GFSの名称を継承し、従来のGFSは2019年9月まで引き続き実行されました。^{[11] [12]} FV3ベースのGFSの初期テストでは、大規模な予測スキルと従来のGFSのハリケーン進路の精度が向上し、有望であることが示されました。^[13]

FV3GFSの初期運用実装が完了したことで、NOAAの環境モデリングセンター（EMC）のグローバルモデリングの焦点は、次のGFS（v16）アップグレードの開発に向けられており、これには、垂直解像度の2倍（64〜127層）、より高度な物理学、データ同化システムのアップグレード、および統一予報システム（UFS）コミュニティモデルを使用したNCEPのグローバル波動モデルとの結合が含まれます。GFSv16は2021年3月22日に実装されました。^[14]

2020年9月23日、NCEPの最初のグローバルUFSアプリケーションがグローバルアンサンブル予報システム（GEFS v12）に実装されました。このアップグレードのコンポーネントは次のとおりです。

• GEFSの大気コンポーネントとしてFV3グローバルモデル（GFS v15と同じバージョン）を使用する
• 水平解像度を約25 kmに増加
• 予報期間が10日から16日に延長されました
• 21人から31人に増加
• GEFS大気成分とNCEP全球波動モデルとの結合
• エアロゾル予測、GOCART (GSD-Chem) に基づくインラインエアロゾル表現のために、32 番目のメンバーを 5 日間 (GEFS-Aero) 実行します。

この実装は、NCEP における最初の地球規模の結合システムであり、以前のスタンドアロンの Global Wave Ensemble および NEMS GFS Aerosol Component (NGAC) システムに代わるものです。詳細については、EMC モデル評価グループの GEFS v12 Web サイト、EMC GEFS Web ページ、および EMC GEFS-Aerosol Web ページをご覧ください。

• 統合予報システム– ECMWF の世界気象予報システム (「ヨーロッパモデル」)
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• 数値天気予報
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• ラピッドリフレッシュ（天気予報）
• 北米メソスケールモデル
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• NEXRAD -国立気象局が運営する気象レーダーのネットワーク

• NCEP/EMC GFS モデル Web サイト
• NOAA GFS モデル情報ウェブサイト