El Sistema Regional de Modelado Oceánico (ROMS) es un modelo oceánico de ecuaciones primitivas de superficie libre que sigue el terreno y es ampliamente utilizado por la comunidad científica para una amplia gama de aplicaciones. El modelo es desarrollado y respaldado por investigadores de la Universidad de Rutgers , Universidad de California en Los Ángeles y colaboradores de todo el mundo.
ROMS se utiliza para modelar cómo una determinada región del océano responde a fuerzas físicas como el calor o el viento. También se puede utilizar para modelar cómo un sistema oceánico dado responde a entradas como sedimentos, agua dulce, hielo o nutrientes, lo que requiere modelos acoplados anidados dentro del marco ROMS.
Marco de referencia
ROMS es un sistema de modelado 4D. Es un modelo tridimensional (una cuadrícula horizontal 2D y una cuadrícula vertical) que se puede ejecutar durante un período de tiempo determinado, siendo el tiempo la cuarta dimensión. Está cuadriculado en niveles verticales que componen la columna de agua y celdas horizontales que componen las coordenadas del plano cartesiano 2D de la región del modelo.
Núcleo
En el centro del modelo ROMS hay cuatro modelos que forman lo que se llama el centro dinámico o "núcleo" del modelo:
- Núcleo no lineal (NLM) [1] [2]
- Núcleo lineal tangente (TLM)
- Representar kernel lineal tangente (RPM)
- Núcleo adjunto (ADM) [3]
Cuadrícula vertical
La cuadrícula vertical es una cuadrícula estirada híbrida. Es híbrido en el sentido de que sus intervalos de estiramiento caen en algún lugar entre los dos extremos de 1) la cuadrícula sigma espaciada uniformemente utilizada por el Princeton Ocean Model y 2) una verdadera cuadrícula z con un intervalo de profundidad estático. La cuadrícula vertical se puede apretar o estirar para aumentar o disminuir la resolución de un área de interés, como una termoclina o una capa límite inferior. El estiramiento de la cuadrícula en la dirección vertical sigue la topografía del fondo, lo que permite el flujo idealizado de agua sobre elementos como los montes submarinos. [4] La numeración de la cuadrícula vertical va desde las aguas del fondo hacia arriba hasta la interfaz aire-agua: el nivel del agua inferior es el nivel 1 y el nivel del agua superficial superior es el número más alto (como el nivel 20). Con un módulo de sedimentos acoplado, la numeración de los niveles del lecho marino del sedimento va desde la interfaz sedimento-agua hacia abajo: el nivel del lecho marino más alto es el nivel 1 y el nivel del lecho marino más profundo es el número más alto.
Cuadrícula horizontal
La cuadrícula horizontal es una cuadrícula estructurada, lo que significa que tiene una estructura de celda de cuadrícula rectangular de 4 lados. La cuadrícula horizontal también es una cuadrícula curvilínea ortogonal, lo que significa que maximiza las celdas de la cuadrícula oceánica de interés y minimiza las celdas de la cuadrícula terrestre adicionales. La cuadrícula horizontal también es una cuadrícula escalonada o cuadrícula Arakawa-C , donde las velocidades en las direcciones norte-sur y este-oeste se calculan en los bordes de cada celda de la cuadrícula, mientras que los valores de las variables escalares como la densidad se calculan en el centro de cada celda de la cuadrícula, conocido como "rho-puntos".
Física
Tanto en la dirección vertical como en la horizontal, las ecuaciones predeterminadas utilizan esquemas de diferencias finitas de segundo orden centrados . Los esquemas de orden superior están disponibles si se desea, por ejemplo, usando la reconstrucción de splines parabólicos. [2]
En general, los esquemas físicos utilizados por ROMS se basan en tres ecuaciones de gobierno:
- Continuidad
- Conservación del impulso ( Navier-Stokes )
- Ecuaciones de transporte de variables trazadoras (como salinidad y temperatura)
Las ecuaciones se acoplan para resolver cinco incógnitas en cada ubicación en la cuadrícula del modelo utilizando soluciones numéricas:
- Velocidad este-oeste (u)
- Velocidad norte-sur (v)
- Velocidad vertical (w)
- Salinidad
- Temperatura
Código fuente
ROMS utiliza un código fuente de acceso abierto que se puede descargar completando un formulario de solicitud en línea. Funciona con procesamiento C y fue desarrollado para usos informáticos compartidos. Para descargar el código fuente, el usuario debe crear una cuenta y presentar una solicitud a los desarrolladores en el sitio web de ROMS .
Entrada y salida
Aporte
Los límites, como las costas, se pueden especificar para una región determinada utilizando enmascaramiento terrestre y marítimo. El límite vertical superior, la interfaz aire-mar, utiliza un esquema de interacción desarrollado por Fairall et al. (1996). [5] El límite vertical inferior, la interfaz sedimento-agua , utiliza un esquema de tensión del fondo o de capa límite del fondo desarrollado por Styles y Glenn (2000). [6]
Las entradas que se necesitan para que un implementador ejecute ROMS para una región oceánica específica incluyen:
- Batimetría y litoral
- Entrada de agua dulce
- Viento
- Mareas
- Forzamientos de límites abiertos (idealizados, como un producto de reanálisis o datos específicos)
- Flujo de calor
- Mezcla física (ver arriba)
El marco de programación de ROMS se divide en tres partes: inicializar, ejecutar y finalizar, que es estándar para el marco de modelado del sistema terrestre (ESMF). "Ejecutar" es la más grande de estas tres partes, donde el usuario elige qué opciones quiere usar y asimila los datos si lo desea. [7] La ejecución del modelo debe inicializarse o compilarse antes de ejecutarse.
Producción
El formato de salida de los archivos de ejecución del modelo es netCDF . La salida del modelo a menudo se visualiza utilizando un software de programación secundario independiente, como MATLAB o Python. También se puede utilizar un software de visualización simple, como Panoply Data Viewer de la NASA, para visualizar la salida del modelo con fines didácticos o de demostración.
Opciones de usuario
El enfoque general de ROMS otorga a los implementadores de modelos un alto nivel de libertad y responsabilidad. Un enfoque no puede satisfacer las necesidades de todas las diversas aplicaciones para las que se utiliza actualmente el modelo. Por lo tanto, depende de cada implementador del modelo (ya sea un individuo o un grupo de investigación) elegir cómo desea utilizar cada una de las opciones disponibles. Las opciones incluyen opciones como:
- Mezclar formulaciones en las direcciones horizontal y vertical.
- Estiramiento de cuadrícula vertical
- Modo de procesamiento (serie, paralelo con MPI o paralelo con OpenMP)
- Depuración activada o desactivada [8]
Al usar ROMS, si un implementador se encuentra con un problema o error, puede informarlo al foro ROMS .
Aplicaciones
La versatilidad de ROMS ha sido probada en sus diversas aplicaciones a diferentes sistemas y regiones. Se aplica mejor a sistemas de mesoescala, [9] o aquellos sistemas que pueden mapearse a alta resolución, como por ejemplo, con un espaciado de cuadrícula de 1 km a 100 km.
Aplicaciones de modelos acoplados
Los modelos biogeoquímicos, bioópticos, de hielo marino, sedimentos y otros pueden integrarse en el marco ROMS para estudiar procesos específicos. Por lo general, se desarrollan para regiones específicas de los océanos del mundo, pero se pueden aplicar en otros lugares. Por ejemplo, la aplicación ROMS para hielo marino se desarrolló originalmente para la región del mar de Barents. [10]
Los esfuerzos de modelado ROMS se combinan cada vez más con plataformas de observación, como boyas , satélites y sistemas de muestreo en curso montados en barcos, para proporcionar una predicción más precisa de las condiciones del océano.
Aplicaciones regionales
Existe un número cada vez mayor de aplicaciones de ROMS en determinadas regiones de los océanos del mundo. Estos sistemas integrados de modelos oceánicos utilizan ROMS para el componente de circulación y añaden otras variables y procesos de interés. Algunos ejemplos son:
- Transporte acoplado océano-atmósfera-olas-sedimentos (COAWST) [11]
- Sistema experimental para predecir la óptica de estantes y pendientes (ESPRESSO)
- Sistema de predicción y observación del puerto de Nueva York (NYHOPS)
- Carbono y biogeoquímica del estuario de la bahía de Chesapeake (ChesROMS ECB) [12]
- Índices climáticos en el Golfo de Alaska [13]
- LiveOcean modelo de pronóstico diario del NE del Pacífico y el Mar de Salish
Ver también
Referencias
- ^ Shchepetkin, Alexander F. (2003). "Un método para calcular la fuerza de gradiente de presión horizontal en un modelo oceánico con una coordenada vertical no alineada" . Revista de Investigación Geofísica . 108 (C3). doi : 10.1029 / 2001jc001047 . ISSN 0148-0227 .
- ^ a b Shchepetkin, AF; McWilliams, JC (2005). The Regional Ocean Modelling System: A Split-Explicit, Free-Surface, Topografía-Follow-Coordinate Ocean Model, 2003 . Los Ángeles, California: Universidad de California en Los Ángeles: Instituto de Geofísica y Física Planetaria.
- ^ Moore, Andrew M .; Arango, Hernan G .; Di Lorenzo, Emanuele; Cornuelle, Bruce D .; Miller, Arthur J .; Neilson, Douglas J. (1 de enero de 2004). "Un sistema de análisis y predicción oceánica integral basado en la tangente lineal y adjunta de un modelo oceánico regional". Modelado de océanos . 7 (1–2): 227–258. doi : 10.1016 / j.ocemod.2003.11.001 . ISSN 1463-5003 .
- ^ Song, Yuhe; Haidvogel, Dale (1 de noviembre de 1994). "Un modelo de circulación oceánica semi-implícita utilizando un sistema de coordenadas de seguimiento de la topografía generalizada". Revista de Física Computacional . 115 (1): 228–244. doi : 10.1006 / jcph.1994.1189 . ISSN 0021-9991 .
- ^ Fairall, CW; Bradley, EF; Rogers, DP; Edson, JB; Young, GS (15 de febrero de 1996). "Parametrización masiva de los flujos aire-mar para el experimento de respuesta de la atmósfera acoplada océano tropical-atmósfera global-océano". Revista de Investigación Geofísica: Océanos . 101 (C2): 3747–3764. CiteSeerX 10.1.1.469.6689 . doi : 10.1029 / 95jc03205 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Styles, Richard; Glenn, Scott M. (15 de octubre de 2000). "Modelado de ondas estratificadas y capas límite inferiores actuales en la plataforma continental" (PDF) . Revista de Investigación Geofísica: Océanos . 105 (C10): 24119–24139. doi : 10.1029 / 2000jc900115 . ISSN 0148-0227 . Archivado desde el original (PDF) el 30 de diciembre de 2019.
- ^ "ROMS> iniciar" . www.myroms.org . Consultado el 8 de febrero de 2019 .
- ^ Hedstrom, Katherine S. (2016). "Manual técnico para un modelo acoplado de circulación de hielo marino / océano (versión 5)" (PDF) . Estudio OCS BOEM 2016-037. Acuerdo de cooperación No. M15AC00011 .
- ^ "Met Office: modelado de mesoescala" . 2010-12-29. Archivado desde el original el 29 de diciembre de 2010 . Consultado el 26 de abril de 2018 .
- ^ Budgell, WP (1 de diciembre de 2005). "Simulación numérica de la variabilidad del océano de hielo en la región del mar de Barents". Dinámica oceánica . 55 (3–4): 370–387. doi : 10.1007 / s10236-005-0008-3 . ISSN 1616-7341 .
- ^ Warner, John C .; Armstrong, Brandy; Él, Ruoying; Zambon, Joseph B. (1 de enero de 2010). "Desarrollo de un sistema de modelado de transporte acoplado océano-atmósfera-olas-sedimentos (COAWST)" (PDF) . Modelado de océanos . 35 (3): 230–244. doi : 10.1016 / j.ocemod.2010.07.010 . hdl : 1912/4099 . ISSN 1463-5003 .
- ^ Feng, Yang; Friedrichs, Marjorie AM; Wilkin, John; Tian, Hanqin; Yang, Qichun; Hofmann, Eileen E .; Wiggert, Jerry D .; Hood, Raleigh R. (2015). "Flujos de nitrógeno de la Bahía de Chesapeake derivados de un sistema de modelado biogeoquímico terrestre-estuarino oceánico: descripción del modelo, evaluación y presupuestos de nitrógeno" . Revista de Investigación Geofísica: Biogeociencias . 120 (8): 1666–1695. doi : 10.1002 / 2015jg002931 . PMC 5014239 . PMID 27668137 .
- ^ Combes, Vincent; Di Lorenzo, Emanuele (1 de octubre de 2007). "Variabilidad interanual intrínseca y forzada de la circulación de mesoescala del Golfo de Alaska". Progreso en Oceanografía . 75 (2): 266–286. doi : 10.1016 / j.pocean.2007.08.011 . hdl : 1853/14532 . ISSN 0079-6611 .
enlaces externos
- Sitio web de ROMS
- Portal de documentación ROMS