Введение

MM5 (сокращение от Fifth Generation Penn State/NCAR Mesoscale Model) – региональная мезомасштабная модель, используемая для создания прогнозов погоды и климатических прогнозов. Это общедоступная модель, поддерживаемая Университетом штата Пенсильвания и Национальным центром атмосферных исследований. MM5 представляет собой модель ограниченной области с сигма-координатами, привязанными к рельефу, которая используется для воспроизведения или прогнозирования мезомасштабной и региональной атмосферной циркуляции. С 1970-х годов модель многократно обновлялась для исправления ошибок, адаптации к новым технологиям и обеспечения работы на различных типах компьютеров и программном обеспечении. Она применяется в различных областях: для научных исследований и прогнозирования погоды. В научных исследованиях она используется для сравнения с другими моделями, чтобы оценить их эффективность. Также она применяется в моделях оценки качества воздуха. Активная разработка модели была завершена с выпуском версии 3.7.2 в 2005 году, и в настоящее время она в значительной степени вытеснена моделью исследования и прогнозирования погоды (WRF).

Особенности

MM5 может быть развернута в любой точке мира, что позволяет учитывать различные широты, типы местности, высоты, типы почв и т.д. Модель может быть как гидростатической, так и негидростатической, в зависимости от требуемого результата. Тот факт, что модель является региональной, означает, что ей необходимы начальные и граничные условия. Это подразумевает, что для каждой границы (всего их четыре) заданы начальные значения скорости ветра, температуры, давления и влажности. Следовательно, для работы этой программы требуются данные в виде сетки. Модель принимает и анализирует данные на основе поверхностей давления. Однако, прежде чем проводить анализ, эти поверхности должны быть интерполированы по определенной вертикальной координате. Когда Σ близка к земной поверхности, программа следует за рельефом местности, а когда Σ находится выше, программа ориентируется на изобарические поверхности. Значение Σ изменяется от 0 до 1. Затем модель вычисляет различные значения давления, существующие в атмосфере над рассматриваемой территорией, используя процедуру REGRID. RAWINS – это более ранняя версия LITTLE R, поэтому LITTLE R используется чаще. Далее INTERPF использует данные из RAWINS/LITTLE R и REGRID для интерполяции этих данных в сигма-координаты, описанные выше.

Основы памяти и кода

MM5 написан на FORTRAN. Эти программы на FORTRAN должны быть скомпилированы на локальном компьютере, и некоторые из них требуется перекомпилировать при каждом изменении конфигурации модели. Программа использует указатели для присвоения переменным значений. Эти указатели обращаются к областям памяти для присвоения конкретных значений нужным переменным. MM5 также способен выполнять несколько задач одновременно. В частности, две различные задачи могут выполняться на разных процессорах параллельно, и MM5 максимально использует эту возможность.

Код источника

Сам код MM5 содержит более 220 подпрограмм, состоящих из более чем 55 000 строк кода. Он написан на стандартном Fortran 77 с использованием указателей Cray. Здесь можно найти список подпрограмм, входящих во все функции MM5, с кратким описанием и перечнем вызываемых ими подпрограмм.

Развитие и улучшение

В последнем обновлении TERRAIN используются глобальные данные о рельефе местности от USGS с разрешением 30 секунд, охватывающие весь мир, в то время как ранее они применялись только для континентальной части Соединенных Штатов. Это обновление также обеспечивает более качественное изображение рельефа, которое можно использовать в MM5. Улучшение REGRID упрощает ввод данных для пользователей и повышает его переносимость. LITTLE R был разработан в 2001 году для замены RAWINS. Дальнейшее улучшение LITTLE R снова облегчает ввод данных для пользователей.