MM5 (погодная модель) - MM5 (weather model)

В MM5 (Короче для Мезомасштабная модель Penn State / NCAR пятого поколения) является региональным мезомасштаб модель используется для создания прогноз погоды и климат прогнозы. Это модель сообщества, поддерживаемая Государственный университет Пенсильвании и Национальный центр атмосферных исследований. MM5 - это машина для ограниченной площади, ориентированная на местности. сигма-координата модель, которая используется для воспроизведения или прогнозирования атмосферной циркуляции в мезомасштабном и региональном масштабе.[1] С 1970-х годов он много раз обновлялся, чтобы исправлять ошибки, адаптироваться к новым технологиям и работать на разных типах компьютеров и программного обеспечения. Его используют по-разному: для исследований и для предсказания погоды. В исследованиях он используется для сравнения с другими моделями, чтобы увидеть, что работает, а что нет. Он также используется для моделей качества воздуха.[2]

Активная разработка модели завершилась выпуском версии 3.7.2 в 2005 году, и ее в значительной степени вытеснил Модель исследования и прогнозирования погоды (WRF).[3]

Функции

MM5 можно перемещать по всему миру, что помогает поддерживать разные широты, типы местности, высоты, типы почвы и т. Д. Модель может быть либо гидростатический или негидростатический, 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 координатной привязкой. Эта модель берет и затем анализирует свои данные на основе поверхностей давления. Однако эти поверхности должны быть сначала 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 = (p-pт) / p *, p * = ps-пт, Где p давление, пs является поверхностное давление, и pт давление в верхней части модели.[5] Когда Σ находится близко к земле, программа следует за фактическим рельефом, но когда Σ выше, программа смотрит на изобарические поверхности. Σ колеблется от 0 до 1.[4][6] Он имеет адаптируемые и множественные возможности вложения, что позволяет запускать несколько программ одновременно, используя двустороннее вложение. MM5 включает ввод 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 по местности и четырехмерную ассимиляцию данных (FDDA).[6] FDDA используется, когда есть много данных, которые были получены за более 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 много мест для поддержки пользователей.

Функции

Система моделирования MM5 состоит из множества частей, каждая из которых выполняет свои функции. Эти элементы включают: TERRAIN, REGRID, LITTLE_R, NESTDOWN, INTERPF, INTERPB и GRAPH / RIP. В основном смысле модель начинается с получения информации, а затем создается модель земли. Это делается с помощью элемента TERRAIN.[7] Затем модель угадывает различные давления, существующие в атмосфере на этом участке земли, что и делается с помощью REGRID.[7] Затем модель принимает эти предположения и с помощью некоторых наземных наблюдений может создать 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 координату сигмы, описанную выше.[7] MM5 сам вычисляет временную комбинацию. Функция NESTDOWN имеет возможность изменять уровни вертикальной сигмы. INTERPB генерирует первое предположение для RAWINS, а также собирает файлы, используемые для предположений для REGRID. Наконец, GRAPH / RIP генерирует графики, которые пользователи могут просматривать на основе всех данных, полученных из других программ.[7] RIP расшифровывается как Read / Interpolate / Plot и использует НКАР Графика, помогающая представить вывод из MM5.[9]

Блок-схема функций MM5

Основы памяти и кода

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 значений переменным. Эти указатели переходят в части памяти для присвоения определенных значений желаемым переменным.[11] MM5 также может выполнять несколько задач одновременно. В частности, две разные задачи могут выполняться одновременно на разных процессорах, и MM5 использует это в максимально возможной степени.[11] Эта многозадачность также использует вложение, а MM5 позволяет использовать до девяти домены (процессы) выполняются одновременно, и они взаимодействуют на протяжении всего процесса.[4] В модели используется двухстороннее вложение, которое происходит, когда входные данные от грубой сетки одного гнезда, которая представляет собой высокую плотность ячеек в одной области, поступает 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, а затем выполняет три временные интервалы, а затем доставляет информацию обратно в родительский домен.[4]Существует три различных способа выполнения двустороннего вложения: интерполяция гнезда, ввод анализа раскроя и ввод ландшафта гнезда.[4] Интерполяция происходит, когда местность ровная, например, вода. Для этого типа двустороннего раскроя ввод не требуется. Для ввода Nest требуется файл с именем MMINPUT, и этот файл содержит метеорологическую информацию и информацию о местности, чтобы изначально можно было провести более точный анализ. Наконец, для ввода ландшафта требуется файл TERRAIN. Тогда метеорологические поля интерполированный.[4]Когда возникает многозадачность, переменные должны быть помечены как общие или частные. Общий означает, 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 своим персональным участком памяти.[11] Многозадачность выполняется специально в подпрограммах Solve1, Solve3 и Sound.

Требования

MM5 можно запускать разными способами в зависимости от компьютера. Модель может работать на однопроцессорном компьютере, архитектура с общей памятью или архитектура с распределенной памятью. Его также можно запустить на многих различных платформах, таких как IBM, Источник SGI 200/2000, CRAYs (J90, C90, T3E), DEC_Alphas, Альфы под управлением Linux, Sun и др. Компьютер, на котором он запущен, должен иметь Фортран 90 и 77 компиляторов и Компилятор C. Кроме того, он может иметь графику NCAR и инструменты MPI для запуска модели MPI MM5. Однако в этом нет необходимости. Модель MM5 занимает не менее половины гигабайта памяти и несколько гигабайт памяти. дисковое пространство.[6]

Исходный код

Сам код MM5 насчитывает более 220 подпрограммы, 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]

Использовать

MM5 был адаптирован для использования во многих различных типах атмосферного моделирования:

Доработки и улучшения

В последнем обновлении TERRAIN используются глобальные 30-секундные данные USGS о высоте местности, которые охватывают весь мир, тогда как раньше использовались только в континентальной части Соединенных Штатов.[21] Это новое обновление также позволяет улучшить качество изображения местности, которое можно использовать в MM5. Улучшение REGRID упрощает пользователям ввод данных, 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]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ http://www2.mmm.ucar.edu/mm5/overview.html
  2. ^ http://www2.mmm.ucar.edu/mm5/workshop/ws03/sessionJ1/Klausmann.pdf
  3. ^ Дудия, Джими (июнь 2005 г.). MM5 Версия 3.7 (Финальная версия). Мастерская пользователей WRF / MM5 - июнь 2005 г. Боулдер, Колорадо: Национальный центр атмосферных исследований.
  4. ^ а б c d е ж грамм час я http://www2.mmm.ucar.edu/mm5/documents/MM5_tut_Web_notes/INTRO/intro.htm
  5. ^ http://www2.mmm.ucar.edu/mm5/documents/mm5-code-pdf/sec1.pdf
  6. ^ а б c d http://www2.mmm.ucar.edu/mm5/overviewFeatures.html
  7. ^ а б c d http://www2.mmm.ucar.edu/mm5/overviewProgram.html
  8. ^ http://www2.mmm.ucar.edu/mm5/On-Line-Tutorial/little_r/little_r.html
  9. ^ http://www2.mmm.ucar.edu/mm5/On-Line-Tutorial/rip/rip.html
  10. ^ http://www2.mmm.ucar.edu/mm5/documents/MM5_tut_Web_notes/START/start.htm
  11. ^ а б c http://www2.mmm.ucar.edu/mm5/documents/mm5-code-pdf/sec2.pdf
  12. ^ ww2.mmm.ucar.edu
  13. ^ http://www2.mmm.ucar.edu/mm5/documents/mm5-code-pdf/sec5.pdf
  14. ^ http://cheget.msrc.sunysb.edu/html/alt_mm5.cgi[постоянная мертвая ссылка ]
  15. ^ http://www.atmos.umd.edu/~mm5[постоянная мертвая ссылка ]
  16. ^ http://helios.aos.wisc.edu[постоянная мертвая ссылка ]
  17. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2008-06-13. Получено 2008-06-25.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  18. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2008-06-13. Получено 2008-06-29.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  19. ^ http://www.atmos.washington.edu/~salathe/reg_climate_mod/ECHAM-MM5
  20. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2008-06-07. Получено 2008-06-29.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  21. ^ а б c http://www2.mmm.ucar.edu/mm5/overviewRecent.html

внешняя ссылка