ММ5 (погодная модель)
MM5 Мезомасштабная (сокращение от « модель штата Пенсильвания/NCAR пятого поколения» ) — это региональная мезомасштабная модель, используемая для создания прогнозов погоды и климатических прогнозов. Это модель сообщества, поддерживаемая Университетом штата Пенсильвания и Национальным центром атмосферных исследований . MM5 — это сигма-координатная модель ограниченной площади, повторяющая рельеф местности, которая используется для воспроизведения или прогнозирования атмосферной циркуляции в мезомасштабном и региональном масштабе. [1] Начиная с 1970-х годов, он много раз обновлялся для исправления ошибок, адаптации к новым технологиям и работы на различных типах компьютеров и программного обеспечения. Его используют по-разному: для исследований и прогнозирования погоды. В исследованиях его используют для сравнения с другими моделями, чтобы увидеть, что работает, а что нет. Он также используется для моделей качества воздуха. [2]
Активная разработка модели закончилась выпуском версии 3.7.2 в 2005 году, и она была в значительной степени заменена моделью Weather Research and Forecasting (WRF) . [3]
Функции
[ редактировать ]MM5 можно перемещать по всему миру, что помогает поддерживать различные широты, типы местности, высоты, типы почвы и т. д. Модель может быть гидростатической или негидростатической, в зависимости от желаемого результата. Тот факт, что модель является региональной, означает, что она требует начальных условий и боковых граничных условий. Это означает, что каждая граница (их четыре) инициализирует поля скорости ветра, температуры, давления и влажности. [4] Таким образом, для этой программы необходимы данные в координатной сетке. Эта модель принимает, а затем анализирует данные на основе поверхностей давления. Однако перед анализом эти поверхности необходимо сначала интерполировать по определенной вертикальной координате. [4] Эта вертикальная координата, сигма , вычисляется и затем используется во всей программе. Σ определяется как:Σ = (pp t )/p*, p* = p s -p t , Где p — давление , p s — поверхностное давление , а pt — давление в верхней части модели. [5] Когда Σ находится близко к земле, программа следует за фактической местностью, но когда Σ находится выше, программа смотрит на изобарические поверхности. Σ находится в диапазоне от 0 до 1. [4] [6] Он имеет адаптируемые возможности множественного вложения, что позволяет одновременно запускать несколько программ с использованием двустороннего вложения. MM5 включает в себя фактические данные, что полезно, поскольку можно использовать рутинные наблюдения. Затем данные можно сравнить и использовать в контексте с другими моделями. [6] MM5 также поддерживает вертикальные координаты с учетом рельефа местности и четырехмерную ассимиляцию данных (FDDA). [6] FDDA используется, когда имеется много данных, полученных за длительный период времени. Затем эти данные, которые необходимо было собрать за более длительный период времени, помещаются в FDDA. Он также используется для динамической инициализации и четырехмерных наборов данных. [4] Самое главное, MM5 хорошо документирован и имеет множество мест для поддержки пользователей.
Функции
[ редактировать ]Существует множество частей системы моделирования MM5, каждая из которых имеет разные функции. В число этих частей входят: TERRAIN, REGRID, LITTLE_R, NESTDOWN, INTERPF, INTERPB и GRAPH/RIP. По сути, модель начинается с сбора информации, а затем создает модель земли. Это делается с помощью детали TERRAIN. [7] Затем модель угадывает различные давления, существующие в атмосфере на этом участке земли, что делается с помощью REGRID. [7] Затем модель учитывает эти предположения и с помощью некоторых поверхностных наблюдений может провести объективный анализ, используя LITTLE_R. [8] RAWINS — это более старая версия LITTLE_R, поэтому LITTLE_R используется чаще. Затем INTERPF берет эти данные из RAWINS/LITTLE_R и REGRID для интерполяции этих данных в сигма-координату, описанную выше. [7] MM5 сам вычисляет временную комбинацию. Функция NESTDOWN имеет возможность изменять уровни вертикальных сигм. INTERPB генерирует первое предположение для RAWINS, а также собирает файлы, используемые для предположения для REGRID. Наконец, GRAPH/RIP генерирует графики, которые пользователи могут просматривать, на основе всех данных, полученных из других программ. [7] RIP означает «Чтение/Интерполяция/Построение» и использует графику NCAR , чтобы помочь предвидеть выходные данные MM5. [9]
Основы памяти и кода
[ редактировать ]MM5 написан на FORTRAN . Эти программы FORTRAN должны быть скомпилированы на локальном компьютере, а некоторые необходимо перекомпилировать каждый раз при изменении конфигурации модели. [10] Программа использует указатели для присвоения переменным значений. Эти указатели попадают в части памяти для присвоения определенных значений нужным переменным. [11] MM5 также может выполнять несколько задач одновременно. В частности, две разные задачи могут выполняться на разных процессорах одновременно, и MM5 максимально использует это. [11] Эта многозадачность также использует вложенность, а MM5 позволяет до девяти доменов (процессов), и они взаимодействуют на протяжении всего процесса. одновременно выполнять [4] В модели используется двустороннее вложение, которое происходит, когда входные данные от грубой сетки одного гнезда, которая представляет собой высокую плотность ячеек в одной области, поступают от одной из четырех границ, но обратная связь с более грубой сеткой происходит через внутреннюю часть гнезда. . [4] Каждый домен собирает информацию из своего родительского домена каждый такт, затем выполняет три такта , а затем доставляет информацию обратно в родительский домен. [4] Существует три различных способа выполнения двустороннего раскроя: интерполяция гнезда, входные данные анализа гнезда и ввод данных ландшафта гнезда. [4] Интерполяция происходит, когда местность гладкая, например вода. Для этого типа двустороннего вложения не требуется никаких входных данных. Для входных данных Nest требуется файл с именем MMINPUT, и этот файл содержит метеорологическую информацию и информацию о местности, чтобы на начальном этапе можно было провести лучший анализ. Наконец, для ввода данных о местности требуется файл TERRAIN. Затем метеорологические поля интерполируются . [4] При возникновении многозадачности переменные должны быть помечены как общие или частные. Общий подразумевает, что все процессоры имеют доступ к одной и той же части памяти, а частный подразумевает, что каждый процессор должен иметь свою собственную частную копию массива со своей личной ячейкой в памяти. [11] Многозадачность происходит именно в подпрограммах Solve1, Solve3 и Sound.
Требования
[ редактировать ]MM5 можно запускать разными способами, в зависимости от компьютера. Модель может быть запущена на однопроцессорном компьютере, с архитектурой с общей памятью или с архитектурой с распределенной памятью. Его также можно запускать на многих различных платформах, таких как IBM , SGI origin 200/2000, CRAY (J90, C90, T3E), DEC Alpha, Alpha под управлением Linux, Sun и других. Компьютер, на котором он запускается, должен иметь компиляторы Fortran 90 и 77, а также C. компилятор Кроме того, он может иметь графику NCAR и инструменты MPI для запуска модели MPI MM5. Однако в этом нет необходимости. Модель ММ5 занимает как минимум полгигабайта памяти и несколько гигабайт дискового пространства . [6]
Исходный код
[ редактировать ]Сам код MM5 имеет более 220 подпрограмм и более 55 000 строк кода. [12] Он использует стандартный Фортран 77 с указателями «Cray» . Список подпрограмм всех функций MM5 с кратким описанием и подпрограммами, которые вызываются внутри него, можно найти здесь. [13]
Использовать
[ редактировать ]MM5 был адаптирован для использования во многих различных типах атмосферного моделирования:
- Региональные прогнозы погоды в режиме реального времени [14] [15] [16]
- тропических циклонов Прогноз [17] [18]
- изменения климата Моделирование и прогнозирование [19] [20]
Разработки и улучшения
[ редактировать ]В последнем обновлении TERRAIN используются глобальные 30-секундные данные USGS о высоте местности, которые охватывают весь мир, тогда как раньше они использовались только в континентальной части Соединенных Штатов. [21] Это новое обновление также позволяет получить изображение местности лучшего качества, которое можно использовать в MM5. Улучшение REGRID упрощает ввод данных пользователями, а также делает его более портативным. [21] LIITLE_R был разработан в 2001 году для замены RAWINS. Улучшение LITTLE_R снова упрощает пользователям ввод данных. [21]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Домашняя страница модели сообщества MM5» . .mmm.ucar.edu . Проверено 20 апреля 2022 г.
- ^ http://www2.mmm.ucar.edu/mm5/workshop/ws03/sessionJ1/Klausmann.pdf [ только URL-адрес PDF ]
- ^ Дудхия, Джими (июнь 2005 г.). MM5 Версия 3.7 (Окончательная версия) . Семинар пользователей WRF/MM5 – июнь 2005 г. Боулдер, Колорадо : Национальный центр атмосферных исследований .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я «Глава 1: Введение» . .mmm.ucar.edu . Проверено 20 апреля 2022 г.
- ^ http://www2.mmm.ucar.edu/mm5/documents/mm5-code-pdf/sec1.pdf [ только URL-адрес PDF ]
- ^ Jump up to: а б с д «Домашняя страница модели сообщества MM5» .
- ^ Jump up to: а б с д «Домашняя страница модели сообщества MM5» . .mmm.ucar.edu . Проверено 20 апреля 2022 г.
- ^ «Онлайн-учебник MM5: LITTLE_R» .
- ^ «Онлайн-учебник MM5: RIP» .
- ^ «Глава 2: Начало работы» .
- ^ Jump up to: а б с http://www2.mmm.ucar.edu/mm5/documents/mm5-code-pdf/sec2.pdf [ только URL-адрес PDF ]
- ^ ww2.mmm.ucar.edu
- ^ http://www2.mmm.ucar.edu/mm5/documents/mm5-code-pdf/sec5.pdf [ только URL-адрес PDF ]
- ^ «Мезомасштабные прогнозы SUNY Stony Brook MM5 на 2000030612 год» . cheget.msrc.sunysb.edu . Архивировано из оригинала 6 марта 2000 года . Проверено 6 июня 2022 г.
- ^ «Прогнозы Mm5 в реальном времени» . www.atmos.umd.edu . Архивировано из оригинала 5 октября 2002 года . Проверено 6 июня 2022 г.
- ^ «Страница прогнозов и чувствительности прогнозов MM5 Университета Висконсина в реальном времени» . helios.aos.wisc.edu . Архивировано из оригинала 9 марта 2001 года . Проверено 6 июня 2022 г.
- ^ «Архивная копия» . Архивировано из оригинала 13 июня 2008 г. Проверено 25 июня 2008 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ «Архивная копия» . Архивировано из оригинала 13 июня 2008 г. Проверено 29 июня 2008 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ «Эчам5-Мм5» .
- ^ «Домашняя страница группы полярной метеорологии» . Архивировано из оригинала 7 июня 2008 г. Проверено 29 июня 2008 г.
- ^ Jump up to: а б с «Домашняя страница модели сообщества MM5» .