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全球予報システム（GFS）は、米国国立気象局（NWS）が運用する、全球コンピュータモデルと変分解析を含む、全球規模の数値気象予報システムである。
この数理モデルは1日に4回実行され、最大16日先までの予報を生成しますが、10日以降は空間解像度が低下します。予報精度は一般的に時間とともに低下し（他の数値気象予報モデルと同様）、長期予報では、より大きなスケールのみが有意な精度を維持します。これは、一般的に使用されている主要な総観規模の中期予報モデルの一つです。
GFS モデルは、グリッドポイント間の水平解像度が約 28 km の有限体積立方球(FV3)力学コアを持ち、1 週間から 2 週間の予測ではグリッドポイント間の解像度が 70 km に低下します。鉛直方向には、モデルは 127 層に分割され、中間圏界面(約 80 km) まで広がっています。最初の 120 時間は1時間ごとに、 10日目までは 3 時間ごとに、16 日目までは 12 時間ごとに予測出力を生成します。GFSの出力は、モデル出力統計を生成するためにも使用されます。
メインモデルに加えて、GFSは、運用中のGFSと並行して実行され、同じ時間スケールで利用可能な、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含めると31）のアンサンブルの基礎にもなっています。このアンサンブルは「全球アンサンブル予報システム」（GEFS）と呼ばれています。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）を構成します。
米国政府の著作物の多くと同様に、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きパブリックドメインとして無料で利用可能です。そのため、このモデルは数多くの民間企業、商業企業、および海外の気象会社の予報の基礎として利用されています。
2015 年までに、GFS モデルの精度は他のグローバル気象モデルの精度に追いつかなくなっていた。[ 2 ] [ 3 ]これは、GFS モデルがハリケーン サンディが上陸の 4 日前まで海上に進路を変えると誤って予測していたのに対し、欧州中期予報センターのモデルは 7 日前に正しく上陸を予測していたという点で最も顕著だった。この原因の多くは、国立気象局の計算リソースの制限にあると示唆された。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強した。[ 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ました。最近アップグレードされたECMWFとは異なり、新しいGFSは以前のバージョンと比較して、熱帯地域やその他の地域で少し異なる挙動を示します。[ 7 ]このバージョンでは、マッデン・ジュリアン振動やサハラ砂漠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た[ 8 ]。同機関は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型有限体積二十面体モデル（FIM）もテストしたが、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た。
2019年にGFSの大規模なアップグレードが行われ、GSM（Global Spectral Model）から新しいFV3 dycore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（Unified Forecast System）として知られ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グローバル波浪モデルと結合しました。これにより、GFSの解像度は64から127の垂直レベルに増加し、WaveWatch IIIの予測ウィンドウは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アップグレードで、当時最も正確なグローバル気象モデルと考えられていたECMWFのモデルとの精度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を新しい力学コアであるGFDL有限体積立方球力学コア（FV3）で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の名称を引き継ぎ、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の初期テストは有望で、従来のGFSの大規模予測スキルとハリケーントラックの精度が向上しました。[ 13 ]
FV3GFSの初期運用実装が完了したため、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移りました。これには、垂直解像度の2倍、64層から127層、より高度な物理、データ同化システムのアップグレード、および統合予報システム（UFS）コミュニティモデルを使用したNCEPのグローバル波浪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における初のグローバル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構成要素は以下のとおりです。
この実装はNCEPにおける初のグローバル規模の結合システムであり、従来のスタンドアロン型グローバル波動アンサンブルおよびNEMS GFSエアロゾルコンポーネント（NGAC）システムに取って代わるものです。詳細については、EMCモデル評価グループのGEFS v12ウェブサイト、EMC GEFSウェブページ、およびEMC GEFS-エアロゾルウェブページをご覧ください。