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統合モデルは、もともと1990年に英国気象庁によって開発された数値気象予測および気候モデリングソフトウェアスイートであり[ 1 ] [ 2 ]、現在では世界中の多くの気象予報機関によって使用され、さらに開発されています[ 3 ] 。統合モデルという名前は、単一のモデルがさまざまな時間スケール（ナウキャスティングから100年）と空間スケール（対流スケールから気候システム地球モデリング）にわたって使用されることに由来しています[ 4 ] 。当時、気象庁はこのようなモデルを設計し、運用に導入した最初の国の気象機関でした[ 5 ] 。このモデルは波ベースではなくグリッドポイントベースであり、世界中のさまざまなスーパーコンピュータで実行されます。統合モデルの大気は、多数の海洋モデルと結合することもできます[ 6 ] 。気象庁では、主要な気象予測モデルスイート、展開可能でオンデマンドの気象モデル、季節および気候モデリングに使用されています。同様の統合モデルスイートは、世界規模および地域規模のドメインを備えており、世界中の多くの国や軍の気象機関で運用上の予報に利用されている。
数値天気予報のデータは、衛星、地上（有人観測所と自動気象観測所の両方）、海上ブイ、レーダー、ラジオゾンデ気球、ウィンドプロファイラー、商用航空機からの観測データ、および過去のモデル実行による背景場から得られます。コンピュータモデルは、システムを不安定にする可能性のある（そして不正確な観測である可能性のある）観測値をモデルに強制的に受け入れさせるのではなく、データ同化を用いて観測値に合わせて調整されます。 [ 7 ] 統合モデルソフトウェアスイートはFortranで記述されています（当初は77でしたが、 2003年時点では主に90） 。) [ 8 ] 関心のある開発のほとんどは地表付近にあるため、垂直層は地表付近でより密になっています。[ 9 ] 2002 年 8 月に「New Dynamics」と呼ばれる大規模なアップデートが展開されました。[ 10 ]
英国気象庁はUMを使用してさまざまな数値天気予報スイートを運用している。 [ 11 ]
すべてのモデルは、地形の解像度が異なり、解像度が高いほど精度が高くなります。すべてのモデルに共通する制限要因は、気象現象がモデルに記録されるためには、少なくとも3グリッドポイントの大きさでなければならないことです。したがって、40kmのモデルの場合 、気象システムは少なくとも120kmの大きさでなければなりません 。つまり、小さな低気圧、小さなハリケーン、大きな雷雨などの小さな現象は、モデルで処理するには小さすぎます。解像度が高くなるにつれて、より小さな現象も捉えることができるようになります。 たとえば、1.5kmのモデルは、個々のにわか雨をモデル化できると言われています。
MOGREPS-Gは、観測およびモデリングプロセスにおける固有の不確実性によって生じる全体的な平均誤差を低減するために、複数のシミュレーションを実行するアンサンブル モデルです。このモデルは、水平解像度10 km、垂直レベル70の18個のアンサンブルメンバーで構成され、6時間ごとにモデルを実行して168時間（7日間）先まで予測します。[ 12 ]最新の2回の実行を組み合わせることで、36メンバーのアンサンブルを作成できます。
英国のアンサンブルモデルは、 水平解像度1.5～4km、鉛直レベル70の3つのアンサンブルメンバーで構成され、1時間ごとにモデルを実行して120時間（5日間）先まで予測します。[ 12 ]最新の6回の実行を組み合わせると、18メンバーのアンサンブルになります。
地球全体にわたって約 10 km の解像度と 70 の鉛直レベルがあります。 [ 12 ]予測は 60 時間 (2.5 日) と 144 時間 (6 日) の範囲で交互に行われます。グローバル モデルは、より小さなドメインのモデルの境界情報を提供します。モデルは、観測のハイブリッド 4D-Var データ同化[ 13 ]を使用して、実際の大気に近い状態に保たれています。
水平解像度は1.5～4 km、垂直レベルは 70 です。[ 12 ]解像度は、 英国では 1.5 km、 周辺地域では 4 km です。[ 14 ] [ 15 ]予報期間は様々で、1 時間ごとの予報は 12 時間まで、3 時間ごとの予報は 54 時間 (2.25 日) まで、1 日 2 回予報は 120 時間 (5 日) までです。このモデルは、グローバル決定論的モデルからの境界条件、AMM15 大陸棚海域モデルからの海況を使用し、4D-Var データ同化を1 時間ごとに使用して観測値に近づけています。
英国気象庁の北大西洋・ヨーロッパモデル（NAE）は、 解像度12kmの70層で構成されていました。[ 12 ]開始から48時間まで実行されました。英国は北緯にあるため、モデルはモデル領域を赤道付近に移動させ、グリッド点がより正方形に近い領域になるようにしました。これによりモデルの負荷が軽減され、より高速に実行できるようになりました。モデルは、観測データの4D-Varデータ同化を使用して、実際の大気に近い状態に保たれました。
70の垂直レベル、 水平解像度4.4 km。最大120時間実行されました。[ 12 ]現在では多くの用途でUKVに、その他の用途でグローバルモデルに取って代わられています。
防衛地域モデルと危機地域モデルは、英国モデルと同じ科学構成を使用するモデルであり、軍事作戦や災害救援活動を支援するために迅速に展開できます。[ 12 ]例えば、MMUや環境災害を支援するために。
この高解像度モデルは、英国各地および気象庁が関心を持つその他の地域における山岳波に関する情報を提供する。
これは世界中の海の波をモデル化したものです。
英国気象庁のものと類似した統合モデルスイートは、オーストラリア気象局、オーストラリア連邦科学産業研究機構、南アフリカ気象局、ノルウェー気象研究所、ニュージーランド国立水大気研究所、韓国気象庁、インド地球科学省傘下の国立中期気象予報センターによって運用されている。
オーストラリア気象局は、統合モデルを利用した、解像度12.5 kmの決定論的（ACCESS-G）および解像度33 kmのアンサンブル（ACCESS-GE）グローバル予測システムを運用しています。このグローバルシステムは、統合モデルを使用する、より高解像度の地域システムの境界条件を提供します。これらには、オーストラリア上空の解像度1.5 kmの決定論的（ACCESS-C）および解像度2.2 kmのアンサンブル（ACCESS-CE）モデル、および解像度4 kmの再配置可能モデル（ACCESS-TC）が含まれます。[ 16 ]
韓国気象庁は、統合モデルを利用した解像度10kmの全球予報システムを運用している 。この全球システムは、朝鮮半島地域を対象とした 解像度1.5kmの局地的な統合モデル数値予報システムの境界条件を提供する。
英国化学・エアロゾル（UKCA）は、UMのサブモデルであり、モデル内で微量ガスとエアロゾルの化学を扱います。[ 17 ]これには、メタンやオゾンなどの気候的に関連のあるガスの濃度、およびエアロゾルの組成と変化の計算が含まれます。UMのほとんどの部分と同様に、UKCAは英国気象庁と英国の学術機関の協力によって作成されました。
Joint UK Land Environment Systemは、英国気象庁と他の研究機関の協力によって開発された地表面モデルです。[ 18 ] JULESは、統合モデルの大気と地表面および植生との間の熱と水分の交換をモデル化します。JULESはオフラインでも使用でき、さまざまな気候モデルが地表面と水文学に与える影響を推定できます。