Instytut prowadzi prace badawcze ukierunkowane na rozwój numerycznego modelu do prognozowania pogody COSMO (ang. Consortium for Small-scale Modeling). Model COSMO jest podstawowym narzędziem używanym w IMGW-PIB do przygotowywania operacyjnych, mezoskalowych prognoz pogody. Model ten jest również używany przez szereg europejskich narodowych instytutów meteorologicznych, w tym między innymi DWD, MeteoSwiss, ITAF, HNMS, NMA oraz IMS.
Istotnym osiągnięciem zespołu COSMO w IMGW-PIB jest implementacja w modelu COSMO nowego rdzenia dynamicznego, rozwijanego na bazie modelu EULAG, pozwalającego na utrzymanie pożądanej stabilności numerycznej dla siatek obliczeniowych o rozdzielczości poziomej znacznie poniżej 1 km. Udoskonalony model pozwala przede wszystkim zachować realistyczną reprezentację orografii w skalach subkilometrowych oraz ma oczekiwane cechy zachowawczości masy, pędu i energii. Osiągnięcie to jest efektem synergii specjalistycznej wiedzy z dziedziny mechaniki płynów, metod numerycznych i programowania równoległego.
Modelowanie przepływów atmosferycznych stanowi duże wyzwanie dla współczesnych numerycznych modeli pogody, gdyż cechują się one dużym stopniem złożoności. Wynika to ze sprzęgania się̨ procesów termicznych, dynamicznych i radiacyjnych zachodzących w atmosferze w szerokim zakresie skal czasowych i przestrzennych. Nowy model z prototypowym rdzeniem dynamicznym (COSMO-EULAG) wszedł do działalności operacyjnej IMGW-PIB 1 czerwca 2020 r.
Innym kluczowym obszarem działalność naukowej Centrum Modelowania Meteorologicznego jest numeryczne badanie mikrofizycznych procesów zachodzących w chmurach. Ilościowa analiza tych zjawisk jest niezbędna do opracowania możliwie dokładnych i realistycznych parametryzacji tych procesów dla mezoskalowych prognoz pogody. Ciągłe udoskonalanie parametryzacji ma istotne znaczenie, ponieważ to właśnie parametryzacje procesów chmurowych są̨ głównym źródłem niepewności prognoz numerycznych.
W pracach tych występuje szereg poważnych trudności i ograniczeń. Głównymi problemami są tu: nieliniowość procesów fizycznych i opisujących je równań, niejednorodność rozkładów kropelek w chmurach oraz sprzężenia procesów o różnych skalach i czasowych. Ruch kropel, czyli cząstek o niezerowej bezwładności, w atmosferycznych przepływach turbulentnych wpływa na zmianę ich rozłożenia w przestrzeni (grupowanie) oraz częstotliwość zderzeń. Dodatkowo turbulencja powietrza zmienia prędkość opadania kropel, ma wpływ na oddziaływania aerodynamiczne pomiędzy poszczególnymi kropelkami, a także pomiędzy całymi skupiskami kropel. Złożoność tych procesów utrudnia prowadzenie badań i zmusza do stosowania zaawansowanych matematycznie narzędzi obliczeniowych. Od ponad 10 lat w Instytucie rozwijany jest specjalistyczny kod numeryczny do modelowania tego typu przepływów. Pozwala on na badanie statystyk zderzeniowe kropelek chmurowych dla szerokiego zakresu parametrów przepływu występujących w atmosferze.
dr hab. Bogdan Rosa, prof. IMGW-PIB
