De naam is al vaker langsgekomen: de nieuwe versie van GFS zal naar verwachting vanaf 2019 met de FV3 dynamical core draaien. NCEP is al meerdere jaren bezig met het ontwikkelen van nieuwe grids om de modellen op te discretiseren, als alternatief voor de huidige spectrale versie.
Spectraal houdt in dat de atmosfeer niet wordt opgelost op punten, maar als een set van continue golven. Dat brengt een hele hoop voordelen met zich mee (zoals het inherent behouden zijn van bepaalde eigenschappen) maar zoals vaker ook nadelen. Daarbij komt dat voor de verticale uitwisseling de golf-oplossing toch weer moet gediscretiseerd worden op een regulier grid (om dit te verbeteren heeft het ECMWF onlangs in IFS een icosahedraal schema geïmplementeerd). De ontwikkeling van een spectrale dynamische kern heeft het IFS tot het beste globale weermodel gemaakt en bij ECMWF lijken ze nog niet meteen van plan ervan af te stappen.
Zoals ik al zei heeft een spectraal grid ook nadelen, zo heeft het geen geweldige schaling met de resolutie (waardoor het snel duurder wordt), heeft het beperkingen door de benodigde discretisatie en krijg je bij scherpe overgangen last van 'overshoots' (het klassieke probleem van het benaderen van een stapfunctie door een Fourier reeks). Tot slot heeft het klassieke rechthoekige grid voor de discretisatie ook last van singulariteiten (polen) en een variabele resolutie.
De meeste van deze problemen worden ontweken met een finite volume (ipv finite difference) grid, waarbij de bol niet door rechthoekige elementen wordt beschreven. Bij NCEP is er lange tijd gewerkt aan het FIM (Finite volume Icosahedral Grid), waarin de bol wordt benader door een verder onderverdeelde icosaëder. Datzelfde grid wordt overigens gebruikt door ICON en heeft als grote voordeel dat alle grid cellen even groot zijn. Een bijkomend voordeel is de mogelijkheid van nesting/stretching om lokaal de resolutie te verhogen (bv. Europa in ICON). Daardoor wordt echter wel weer de discretisatie van de vergelijkingen een stuk moeilijker en worden een hele hoop optimalisaties niet meer bruikbaar. Daarnaast zijn er ook sneller problemen met behoudt van oa. momentum waardoor de finite volume cores berucht onstabiel zijn.
Blijkbaar is men bij NCEP vanaf 2017 overgegaan van FIM op FV3, wat met een 'cubed sphere' rekent. Er wordt de laatste jaren veel gekeken naar zuiver de prestaties, maar NCEP geeft hiermee wel een duidelijke boodschap dat ze een grote stap voorwaarts willen maken in modelontwikkeling. Dat ze met dit volledig nieuwe schema nu al bijna de scores van IFS evenaren vind ik best indrukwekkend. Het wordt de komende jaren wat mij betreft dus erg interessant omdat GFS en IFS dan ook in wezen sterk verschillende modellen zijn.
Hieronder een voorbeeld van een icosahedral (FIM) en cubed sphere (FV3) grid;
