MM5 (сокращение от Fifth-Generation Penn State/NCAR Mesoscale Model ) — региональная мезомасштабная модель , используемая для создания прогнозов погоды и климатических проекций. Это общественная модель, поддерживаемая Университетом штата Пенсильвания и Национальным центром атмосферных исследований . MM5 — это ограниченная по площади модель сигма-координат , отслеживающая рельеф местности , которая используется для репликации или прогнозирования мезомасштабной и региональной атмосферной циркуляции. [1] Она много раз обновлялась с 1970-х годов для исправления ошибок, адаптации к новым технологиям и работы на различных типах компьютеров и программного обеспечения. Она используется по-разному: для исследований и прогнозирования погоды. В исследованиях она используется для сравнения с другими моделями, чтобы увидеть, что работает, а что нет. Она также используется для моделей качества воздуха. [2]
Активная разработка модели завершилась с выходом версии 3.7.2 в 2005 году, и она была в значительной степени вытеснена моделью Weather Research and Forecasting (WRF) . [3]
MM5 является глобально перемещаемым, что помогает поддерживать различные широты, типы рельефа, высоты, типы почвы и т. д. Модель может быть как гидростатической , так и негидростатической, в зависимости от желаемого результата. Тот факт, что модель является региональной, подразумевает, что она требует начальных условий и боковых граничных условий. Это означает, что каждая граница (их четыре) имеет инициализированные поля скорости ветра, температуры, давления и влажности. [4] Таким образом, для этой программы необходимы данные с сеткой. Эта модель берет и затем анализирует свои данные на основе поверхностей давления. Однако эти поверхности сначала должны быть интерполированы по определенной вертикальной координате, прежде чем их можно будет проанализировать. [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 p t — давление в верхней части модели. [5] Когда Σ находится близко к земле, программа следует фактическому рельефу, но когда Σ находится выше, программа смотрит на изобарические поверхности. Σ варьируется от 0 до 1. [4] [6] Он имеет адаптивные и множественные возможности вложения, что позволяет нескольким программам работать одновременно, используя при этом 2-стороннее вложение. MM5 имеет входные данные из фактических данных, что полезно, поскольку можно использовать обычные наблюдения. Затем данные можно сравнивать и использовать в контексте с другими моделями. [6] MM5 также имеет вертикальные координаты, отслеживающие рельеф, и четырехмерную ассимиляцию данных (FDDA). [6] FDDA используется, когда есть много данных, которые были получены в течение длительного периода времени. Затем эти данные, которые необходимо было получить в течение длительного периода времени, помещаются в FDDA. Он также используется для динамической инициализации и четырехмерных наборов данных. [4] Самое главное, MM5 хорошо документирован и имеет много мест для поддержки пользователя.
Существует много частей системы моделирования MM5, каждая из которых имеет различные функции. Эти части включают в себя: TERRAIN, REGRID, LITTLE_R, NESTDOWN, INTERPF, INTERPB и GRAPH/RIP. В общем смысле, модель начинает с того, что берет информацию, а затем создает модель земли. Это делается с помощью части TERRAIN. [7] Затем модель предполагает различные давления, которые существуют в атмосфере на этом участке земли, что делается с помощью REGRID. [7] Затем модель принимает эти предположения и с помощью некоторых поверхностных наблюдений может создать объективный анализ, используя LITTLE_R. [8] RAWINS является более старой версией LITTLE_R, и поэтому LITTLE_R используется чаще. Затем INTERPF берет эти данные из RAWINS/LITTLE_R и REGRID, чтобы интерполировать эти данные в сигма-координату, описанную выше. [7] Сама MM5 вычисляет временную комбинацию. Функция NESTDOWN имеет возможность изменять вертикальные уровни сигмы. INTERPB генерирует первую догадку для RAWINS, а также собирает файлы, используемые для создания догадок для REGRID. Наконец, GRAPH/RIP генерирует графики, которые пользователи могут просматривать из всех данных, предоставленных другими программами. [7] RIP означает Read/Interpolate/Plot, и он использует графики NCAR , чтобы помочь предвидеть вывод из MM5. [9]
MM5 написана на языке FORTRAN . Эти программы на языке FORTRAN должны быть скомпилированы на локальном компьютере, а некоторые необходимо перекомпилировать каждый раз при изменении конфигурации модели. [10] Программа использует указатели для назначения переменным значений. Эти указатели входят в части памяти, чтобы назначить определенные значения желаемым переменным. [11] MM5 также может выполнять несколько задач одновременно. В частности, две разные задачи могут выполняться на разных процессорах одновременно, и MM5 использует это по максимуму. [11] Эта многозадачность также использует вложенность, и MM5 позволяет запускать до девяти доменов (процессов) одновременно, и они взаимодействуют на протяжении всего процесса. [4] Модель использует двустороннюю вложенность, которая происходит, когда входные данные из грубой сетки одного гнезда, которая представляет собой высокую плотность ячеек в одной области, поступают с 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 на каждом временном шаге, затем он запускает три временных шага , а затем доставляет информацию обратно в свой родительский домен. [4] Существует три различных способа выполнения двусторонней вложенности: интерполяция гнезда, входной анализ гнезда и входной рельеф местности. [4] Интерполяция происходит, когда рельеф гладкий, например, вода. Для этого типа двусторонней вложенности не требуется никаких входных данных. Входные данные гнезда требуют файла с именем MMINPUT, и этот файл содержит метеорологическую и рельефную информацию, чтобы изначально можно было выполнить лучший анализ. Наконец, входные данные местности требуют файла TERRAIN. Затем метеорологические поля интерполируются . [ 4] Когда происходит многозадачность, переменные должны быть помечены как общие или частные. Общие подразумевает, что все процессоры имеют доступ к одной и той же части памяти, в то время как частные подразумевает, что каждый процессор должен иметь свою собственную частную копию массива со своим личным расположением в памяти. [11] Многозадачность особенно заметна в подпрограммах Solve1, Solve3 и Sound.
MM5 может быть запущена многими различными способами, в зависимости от компьютера. Модель может быть запущена на компьютере с одним процессором, архитектурой общей памяти или архитектурой распределенной памяти. Она может быть запущена 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 она запущена, должен иметь компиляторы Fortran 90 и 77 и компилятор C. Кроме того, она может иметь графику NCAR и инструменты MPI для запуска модели MPI MM5. Однако это не обязательно. Модель MM5 занимает не менее половины гигабайта памяти и несколько гигабайт дискового пространства . [6]
Сам код MM5 имеет более 220 подпрограмм , с более чем 55 000 строк кода. [12] Он использует стандартный Fortran 77 с указателями «Cray» . Список подпрограмм всех функций в MM5, с кратким описанием и подпрограммами, которые вызываются в нем, можно найти здесь. [13]
MM5 был адаптирован для использования во многих различных типах атмосферного моделирования:
Последнее обновление TERRAIN использует глобальные 30-секундные данные о высоте рельефа местности USGS, которые охватывают весь мир, тогда как раньше использовались только в континентальной части Соединенных Штатов. [21] Это новое обновление также позволяет использовать более качественное изображение рельефа в MM5. Улучшение REGRID упрощает ввод данных для пользователей, а также делает его более портативным. [21] LIITLE_R был разработан в 2001 году для замены RAWINS. Улучшение LITTLE_R снова упрощает ввод данных для пользователей. [21]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )