MM5 (modelo meteorológico)

El MM5 (acrónimo de Fifth-Generation Penn State/NCAR Mesoscale Model ) es un modelo mesoescala regional utilizado para generar pronósticos meteorológicos y proyecciones climáticas . Es un modelo comunitario mantenido por la Universidad Estatal de Pensilvania y el Centro Nacional de Investigación Atmosférica . El MM5 es un modelo de coordenadas sigma de área limitada y seguimiento del terreno que se utiliza para replicar o pronosticar la circulación atmosférica a escala mesoescala y regional. ^{[ 1 ]} Se ha actualizado muchas veces desde la década de 1970 para corregir errores, adaptarse a nuevas tecnologías y funcionar en diferentes tipos de computadoras y software. Se utiliza de diversas maneras: para investigación y para predicción meteorológica. En investigación, se utiliza para compararlo con otros modelos, para ver qué funciona y qué no. También se utiliza para modelos de calidad del aire. ^{[ 2 ]}

El desarrollo activo del modelo finalizó con la versión 3.7.2 en 2005, y ha sido reemplazado en gran medida por el modelo de Investigación y Pronóstico del Tiempo (WRF) . ^{[ 3 ]}

MM5 es globalmente reubicable, lo que ayuda a soportar diferentes latitudes, tipos de terreno, elevaciones, tipos de suelo, etc. El modelo puede ser hidrostático o no hidrostático, dependiendo del resultado deseado. El hecho de que el modelo sea regional implica que requiere condiciones iniciales y condiciones de contorno laterales. Esto significa que cada contorno (hay cuatro) tiene velocidades de viento, temperaturas, presión y campos de humedad inicializados. ^{[ 4 ]} Por lo tanto, se necesitan datos en cuadrícula para este programa. Este modelo toma y luego analiza sus datos basándose en superficies de presión. Sin embargo, estas superficies primero deben ser interpoladas por una coordenada vertical específica antes de que puedan ser analizadas. ^{[ 4 ]} Esta coordenada vertical, sigma , se calcula y luego se usa en todo el programa. Σ se define como: Σ = (pp _t )/p*, p* = p _s -p _t , Donde p es la presión , p _s es la presión superficial , y p _t es la presión en la parte superior del modelo. ^{[ 5 ]} Cuando Σ está cerca del suelo, el programa sigue el terreno real, pero cuando Σ está más arriba, el programa considera superficies isobáricas. Σ varía de 0 a 1. ^{[ 4 ] [ 6 ]} Tiene capacidades de anidamiento adaptables y múltiples, lo que permite que varios programas se ejecuten a la vez, mientras se utiliza el anidamiento de 2 vías. MM5 presenta entradas de datos reales, lo que es útil porque se pueden usar observaciones rutinarias. Luego, los datos se pueden comparar y usar en contexto con otros modelos. ^{[ 6 ]} MM5 también presenta coordenadas verticales que siguen el terreno y asimilación de datos de cuatro dimensiones (FDDA). ^{[ 6 ]} FDDA se usa cuando hay una gran cantidad de datos que se tomaron durante un período de tiempo más largo. Entonces, estos datos que necesitaron tomarse durante un período de tiempo más largo se colocan en FDDA. También se utiliza para la inicialización dinámica y conjuntos de datos de cuatro dimensiones. ^{[ 4 ]} Lo más importante es que MM5 está bien documentado y tiene muchos lugares para soporte al usuario.

El sistema de modelado MM5 consta de varias partes, cada una con funciones diferentes. Estas partes incluyen: TERRAIN, REGRID, LITTLE_R, NESTDOWN, INTERPF, INTERPB y GRAPH/RIP. Básicamente, el modelo comienza tomando la información y luego crea un modelo del terreno. Esto se hace usando la parte TERRAIN. ^{[ 7 ]} Luego, el modelo estima las diferentes presiones que existen en la atmósfera a lo largo de esta parcela de terreno, lo cual se hace a través de REGRID. ^{[ 7 ]} Luego, el modelo toma estas estimaciones y, con la ayuda de algunas observaciones de superficie, puede crear un análisis objetivo, usando LITTLE_R. ^{[ 8 ]} RAWINS es una versión anterior de LITTLE_R y, por lo tanto, LITTLE_R es más comúnmente utilizado. Luego, INTERPF toma esos datos de RAWINS/LITTLE_R y REGRID para interpolar esos datos a la coordenada sigma explicada anteriormente. ^{[ 7 ]} MM5 calcula la combinación de tiempo. La función NESTDOWN permite cambiar los niveles sigma verticales. INTERPB genera la primera estimación para RAWINS y recopila los archivos utilizados para realizar estimaciones para REGRID. Finalmente, GRAPH/RIP genera los gráficos que los usuarios pueden visualizar a partir de todos los datos proporcionados por los demás programas. ^{[ 7 ]} RIP significa Read/Interpolate/Plot (Leer/Interpolar/Graficar) y utiliza NCAR Graphics para facilitar la visualización de la salida del MM5. ^{[ 9 ]}

MM5 está escrito en FORTRAN . Estos programas FORTRAN deben compilarse en una computadora local, y algunos necesitan recompilarse cada vez que se cambia una configuración del modelo. ^{[ 10 ]} El programa utiliza punteros para asignar variables a valores. Estos punteros van a partes de la memoria para asignar valores específicos a las variables deseadas. ^{[ 11 ]} MM5 también puede realizar múltiples tareas a la vez. Específicamente, dos tareas diferentes pueden ejecutarse en diferentes procesadores simultáneamente y MM5 usa esto tanto como sea posible. ^{[ 11 ]} Esta multitarea también usa anidamiento, y MM5 permite hasta nueve dominios (procesos) ejecutándose al mismo tiempo y que interactúen durante todo el proceso. ^{[ 4 ]} El modelo utiliza anidamiento bidireccional, que ocurre cuando la entrada de la malla gruesa de un nido, que es una alta densidad de celdas en un área, proviene de uno de los cuatro límites, pero la retroalimentación a la malla más gruesa ocurre a través del interior del nido. ^{[ 4 ]} Cada dominio recopila información de su dominio padre en cada paso de tiempo, luego ejecuta tres pasos de tiempo y luego entrega la información de vuelta a su dominio padre. ^{[ 4 ]} Hay tres formas diferentes de hacer anidamiento bidireccional: anidamiento interpolación, anidamiento entrada de análisis y anidamiento entrada de terreno. ^{[ 4 ]} La interpolación ocurre cuando el terreno es suave, como el agua. No se requiere ninguna entrada para este tipo de anidamiento bidireccional. La entrada de anidamiento requiere un archivo llamado MMINPUT, y ese archivo contiene la información meteorológica y del terreno para que inicialmente, se pueda hacer un mejor análisis. Finalmente, la entrada de terreno requiere un archivo TERRAIN. Luego los campos meteorológicos se interpolan . ^{[ 4 ]} Cuando ocurre la multitarea, las variables deben estar marcadas como compartidas o privadas. Compartido implica que todos los procesadores tienen acceso a la misma parte de la memoria, mientras que privado implica que cada procesador debe tener su propia copia privada de una matriz con su ubicación de memoria personal. ^{[ 11 ]} La multitarea se produce específicamente en las subrutinas Solve1, Solve3 y Sound.

MM5 puede ejecutarse de diversas maneras, dependiendo del ordenador. El modelo puede ejecutarse en un ordenador con un solo procesador, arquitectura de memoria compartida o arquitectura de memoria distribuida. También puede ejecutarse en diversas plataformas, como IBM , SGI Origin 200/2000, CRAY (J90, C90, T3E), DEC Alpha, Alpha con Linux, Sun, entre otras. El ordenador en el que se ejecuta debe tener compiladores Fortran 90 y 77, así como un compilador C. Además, puede tener herramientas gráficas NCAR y MPI para ejecutar el modelo MPI MM5. Sin embargo, esto no es imprescindible. El modelo MM5 ocupa al menos medio gigabyte de memoria y unos pocos gigabytes de espacio en disco . ^{[ 6 ]}

El código MM5 en sí tiene más de 220 subrutinas , con más de 55 000 líneas de código. ^{[ 12 ]} Utiliza Fortran 77 estándar con punteros “Cray” . Aquí se puede encontrar una lista de las subrutinas de todas las funciones dentro de MM5, con una breve descripción y las rutinas que se llaman dentro de ella. ^{[ 13 ]}

El MM5 se había adaptado para su uso en muchos tipos diferentes de simulaciones atmosféricas:

• Pronósticos meteorológicos regionales en tiempo real ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}
• Predicción de ciclones tropicales ^{[ 17 ] [ 18 ]}
• Simulación y proyección del cambio climático ^{[ 19 ] [ 20 ]}

La última actualización de TERRAIN utiliza datos de elevación del terreno globales de 30 segundos del USGS, que abarcan todo el mundo, mientras que antes solo se utilizaban en los Estados Unidos continentales. ^{[ 21 ]} Esta nueva actualización también permite una imagen del terreno de mejor calidad que se puede utilizar en MM5. La mejora de REGRID simplifica la introducción de datos para sus usuarios y también la hace más portátil. ^{[ 21 ]} LITTLE_R se desarrolló en 2001 para reemplazar a RAWINS. La mejora de LITTLE_R también facilita la introducción de datos para los usuarios. ^{[ 21 ]}

• Modelo de investigación y pronóstico del tiempo

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