El Sistema de Modelado Regional de Océanos (ROMS) es un modelo oceánico de ecuaciones primitivas , de superficie libre y seguimiento del terreno, ampliamente utilizado por la comunidad científica para una amplia gama de aplicaciones. El modelo es desarrollado y respaldado por investigadores de la Universidad Rutgers , la Universidad de California en Los Ángeles y colaboradores de todo el mundo.
ROMS se utiliza para modelar cómo una región determinada del océano responde a fuerzas físicas como el calor o el viento. También se puede utilizar para modelar cómo un sistema oceánico determinado responde a entradas como sedimentos, agua dulce, hielo o nutrientes, lo que requiere modelos acoplados anidados dentro del marco ROMS.
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 dividido en niveles verticales que forman la columna de agua y celdas horizontales que forman las coordenadas del plano cartesiano 2D de la región del modelo.
En el centro del marco ROMS hay cuatro modelos que forman lo que se denomina el núcleo o kernel dinámico/numérico:
La cuadrícula vertical es una cuadrícula estirada híbrida. Es híbrida 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 Modelo Oceánico de Princeton y 2) una cuadrícula z verdadera con un intervalo de profundidad estático. La cuadrícula vertical se puede comprimir 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 características 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 del fondo es el nivel 1 y el nivel de agua superficial más alto es el número más alto (como el nivel 20). Con un módulo de sedimentos acoplado, la numeración de los niveles del lecho marino de sedimentos 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.
La cuadrícula horizontal es una cuadrícula estructurada, lo que significa que tiene una estructura de celdas de cuadrícula rectangular de 4 lados. La cuadrícula horizontal también es una cuadrícula curvilínea ortogonal, lo que significa que maximiza las celdas de cuadrícula oceánicas de interés y minimiza las celdas de cuadrícula terrestres 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 cuadrícula, mientras que los valores de las variables escalares como la densidad se calculan en el centro de cada celda de cuadrícula, conocida como "puntos rho".
Tanto en la dirección vertical como en la horizontal, las ecuaciones predeterminadas utilizan esquemas de diferencias finitas de segundo orden centrados . Si se desea, se encuentran disponibles esquemas de orden superior, por ejemplo, mediante la reconstrucción de splines parabólicos. [2]
En general, los esquemas físicos utilizados por las ROMS se basan en tres ecuaciones rectoras:
Las ecuaciones se acoplan para resolver cinco incógnitas en cada ubicación de la cuadrícula del modelo utilizando soluciones numéricas:
ROMS utiliza un código fuente de acceso abierto que se puede descargar completando un formulario de solicitud en línea. Se ejecuta en C-processing 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.
Los límites, como las líneas costeras, se pueden especificar para una región determinada mediante el uso de máscaras terrestres y marinas. 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 estrés inferior o de capa límite inferior desarrollado por Styles y Glenn (2000). [6]
Los insumos necesarios para que un implementador ejecute ROMS para una región oceánica específica incluyen:
El marco de programación de ROMS se divide en tres partes: Inicializar, Ejecutar y Finalizar, que es el estándar para el Marco de Modelado del Sistema Terrestre (ESMF). "Ejecutar" es la parte más grande de estas tres partes, donde el usuario elige qué opciones quiere usar y asimila datos si lo desea. [7] La ejecución del modelo debe inicializarse o compilarse antes de ejecutarse.
El formato de salida de los archivos de ejecución del modelo es netCDF . La salida del modelo suele visualizarse mediante software de programación secundaria 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 demostrativos.
El enfoque general de ROMS otorga a los implementadores de modelos un alto nivel de libertad y responsabilidad. Un único enfoque no puede satisfacer las necesidades de todas las diversas aplicaciones para las que se utiliza actualmente el modelo. Por lo tanto, cada implementador del modelo (ya sea un individuo o un grupo de investigación) debe elegir cómo desea utilizar cada una de las opciones disponibles. Las opciones incluyen opciones como:
Al usar ROMS, si un implementador encuentra un problema o error, puede informarlo al foro de ROMS.
La versatilidad de ROMS ha quedado demostrada en sus diversas aplicaciones en diferentes sistemas y regiones. Se aplica mejor en sistemas de mesoescala [9] o en aquellos sistemas que se pueden mapear con alta resolución, como en espaciados de cuadrícula de 1 km a 100 km.
Se pueden incorporar modelos biogeoquímicos, bioópticos, de hielo marino, de sedimentos y otros dentro del marco ROMS para estudiar procesos específicos. Estos modelos suelen desarrollarse para regiones específicas de los océanos del mundo, pero se pueden aplicar en otros lugares. Por ejemplo, la aplicación de ROMS para el hielo marino se desarrolló originalmente para la región del mar de Barents. [10]
Los esfuerzos de modelado ROMS se están combinando cada vez más con plataformas de observación, como boyas , satélites y sistemas de muestreo en navegación montados en barcos, para proporcionar pronósticos más precisos de las condiciones del océano.
Cada vez hay más aplicaciones de ROMS en determinadas regiones de los océanos del mundo. Estos sistemas de modelado oceánico integrados utilizan ROMS para el componente de circulación y añaden otras variables y procesos de interés. Algunos ejemplos son: