Un modelo atmosférico es un modelo matemático construido alrededor del conjunto completo de ecuaciones dinámicas primitivas que gobiernan los movimientos atmosféricos. Puede complementar estas ecuaciones con parametrizaciones para difusión turbulenta , radiación , procesos húmedos ( nubes y precipitación ), intercambio de calor , suelo , vegetación, aguas superficiales, los efectos cinemáticos del terreno .y convección. La mayoría de los modelos atmosféricos son numéricos, es decir, discretizan ecuaciones de movimiento. Pueden predecir fenómenos a microescala como tornados y remolinos en la capa límite , flujo turbulento a submicroescala sobre edificios, así como flujos globales y sinópticos. El dominio horizontal de un modelo es global , cubriendo toda la Tierra , o regional ( área limitada ), cubriendo solo una parte de la Tierra. Los diferentes tipos de modelos que se ejecutan son termotrópicos, barotrópicos , hidrostáticos y no hidrostáticos. Algunos de los tipos de modelos hacen suposiciones sobre la atmósfera, lo que prolonga los pasos de tiempo utilizados y aumenta la velocidad de cálculo.
Los pronósticos se calculan utilizando ecuaciones matemáticas para la física y la dinámica de la atmósfera. Estas ecuaciones son no lineales y son imposibles de resolver exactamente. Por tanto, los métodos numéricos obtienen soluciones aproximadas. Diferentes modelos utilizan diferentes métodos de solución. Los modelos globales suelen utilizar métodos espectrales para las dimensiones horizontales y métodos de diferencias finitas para la dimensión vertical, mientras que los modelos regionales suelen utilizar métodos de diferencias finitas en las tres dimensiones. Para ubicaciones específicas, las estadísticas de resultados del modelo utilizan información climática, resultados de predicciones meteorológicas numéricas y observaciones meteorológicas superficiales actuales . para desarrollar relaciones estadísticas que tengan en cuenta el sesgo del modelo y los problemas de resolución.
La suposición principal que hace el modelo termotrópico es que, si bien la magnitud del viento térmico puede cambiar, su dirección no cambia con respecto a la altura y, por lo tanto, la baroclinicidad en la atmósfera se puede simular utilizando los 500 mb (15 inHg ) y 1000 mb (30 inHg) superficies de altura geopotencial y el viento térmico promedio entre ellas. [1] [2]
Los modelos barotrópicos suponen que la atmósfera es casi barotrópica , lo que significa que la dirección y la velocidad del viento geostrófico son independientes de la altura. En otras palabras, no hay cizalladura vertical del viento geostrófico. También implica que los contornos de espesor (un indicador indirecto de la temperatura) son paralelos a los contornos de altura del nivel superior. En este tipo de atmósfera, las áreas de alta y baja presión son centros de anomalías de temperatura cálida y fría. Máximos de núcleo cálido (como la dorsal subtropical y el máximo de las Bermudas-Azores) y mínimos de núcleo fríotienen vientos más fuertes con la altura, y lo contrario es cierto para los máximos de núcleo frío (máximos árticos poco profundos) y los mínimos de núcleo cálido (como los ciclones tropicales ). [3] Un modelo barotrópico intenta resolver una forma simplificada de dinámica atmosférica basada en la suposición de que la atmósfera está en equilibrio geostrófico ; es decir, que el número de Rossby del aire en la atmósfera es pequeño. [4] Si se supone que la atmósfera está libre de divergencias , el rotacional de las ecuaciones de Euler se reduce a la ecuación de vorticidad barotrópica. Esta última ecuación se puede resolver sobre una sola capa de la atmósfera. Dado que la atmósfera a una altura de aproximadamente 5,5 kilómetros (3,4 millas) está mayormente libre de divergencias, el modelo barotrópico se aproxima mejor al estado de la atmósfera a una altura geopotencial correspondiente a esa altitud, que corresponde a los 500 mb (15 inHg) de la atmósfera. superficie de presión [5]