[論文レビュー] Progress during the NOPP Wave Model Improvement Program

Donald T. Resio, C.H. Vincent+16 more|arXiv (Cornell University)|Aug 9, 2019

Ocean Waves and Remote Sensing参考文献 73被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、NOPP波動モデル改善プログラムにおける風波モデルの進展を要約しており、深海および浅海における波生成、波減衰、非線形相互作用のための改善された源項に焦点を当てている。運用モデルに新しい物理学を統合することで、予報精度が30–50％向上し、波動予測の正確性が著しく向上した。

ABSTRACT

This paper reviews the research activities that were carried out under the auspices of the National Ocean Partnership Program (NOPP) to advance research in wind wave modeling and transfer maturing technologies into operational community models. Primary focus of research activities that were funded under this program was to improve the source terms associated with deep water wind waves with a secondary focus on shallow water processes. While the focus has been on developing capabilities for stochastic phase averaged models, some of the research work reported here also touches on phase resolved models as well as updates that are needed to the classical stochastic equations to be applicable in shallow water conditions. The primary focus is on the development of new source terms to account for wave generation, dissipation and nonlinear wave-wave interactions. A direct result of this program has been the development of new physics packages in operational wave models that have improved forecast skill from 30 to 50 percent. Since this is an overview paper summarizing all the activities that were undertaken under this program, only the major results are presented here. The readers are directed to other publications for more details. The paper ends with a discussion of the remaining major challenges in wind wave modeling, from the larger open ocean scales to the smaller coastal domains.

研究の動機と目的

• 風波モデルの改善を図るために、波生成、波減衰、非線形波-波相互作用のための高度な源項を開発すること。
• 運用波動モデルにおける物理学の向上を通じて、深海および浅海環境における予報精度を向上させること。
• 成熟した研究技術をコミュニティ波動モデルに統合し、運用用途に適用すること。
• 特に浅海条件下における古典的確率的波動モデルの限界を克服すること。
• 開かれた海洋および沿岸スケールにおける波動モデルの残存課題を特定・優先順位付けすること。

提案手法

• 風による波生成および波減衰メカニズムのための新しい源項定式化の開発。
• 位相平均波動モデルへの非線形波-波相互作用の物理学の統合。
• 浅海領域への適用可能性を高めるために、古典的確率的波動方程式の適合。
• 観測データおよび理論的モデリングを用いて、源項パラメータ化の検証と精緻化。
• WAVEWATCH IIIなどの運用波動モデルへの新しい物理学パッケージの統合。
• 更新された源項を備えた確率的位相平均モデリングフレームワークの適用による、より優れたスペクトル表現の実現。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして風による波生成を深海波動モデルでより正確に表現できるか？
• RQ2 浅海波動予測の正確性を高めるために、波減衰および非線形相互作用項にどのような改善が必要か？
• RQ3 更新された源項は、運用波動モデルにおける予報精度にどの程度向上効果をもたらすか？
• RQ4 位相平均波動モデルは、沿岸環境における波動プロセスをより良く表現するためにどのように拡張できるか？
• RQ5 スケールにわたる風波予測における、残存する科学的およびモデリング上の課題は何か？

主な発見

• 本プログラムは、運用モデルにおける波予報精度を30～50％向上させる新しい源項を効果的に開発した。
• 新しい物理学パッケージが運用波動モデルに統合され、予測精度の明確な向上が確認された。
• 源項定式化の進展により、波生成、波減衰、非線形波-波相互作用の表現が向上した。
• 更新されたパラメータ化を通じて、確率的波動モデルの浅海領域への適用範囲が拡大された。
• 位相分解波動モデリングアプローチが検討され、複雑な波動ダイナミクスを捉えるために位相平均モデルと補完的であることが示された。
• 本プログラムは、広大な海洋領域および小さな沿岸スケールにおける波動プロセスのモデリングにおける継続的な課題を特定し、今後の研究分野を明確にした。