Компьютерная модель атмосферы в широком смысле представляет собой программное представление динамических, физических, химических и радиационных процессов в атмосфере. Наряду с дифференциальными уравнениями, такое представление включает в себя также параметрические и эмпирические уравнения. Для широкого класса процессов величина используемого в конкретных вычислениях шага сетки не позволяет им адекватно воспроизводиться в процессе моделирования. В таком случае для их полноценного представления используются так называемые «параметризации».

С развитием технологии атмосферного моделирования, круг воспроизводимых явлений и возможных приложений компьютерных моделей атмосферы постоянно растёт. С момента зарождения компьютерного моделирования атмосферы в 1948 году, компьютерные модели применялись в исследованиях погодных явлений, климата и вопросов, связанных с загрязнением атмосферы и окружающей среды в целом. Изначально метеорологические атмосферные модели использовались для прогнозирования погоды и изменений климата, в то время как в исследованиях в области химии и фотохимии атмосферы применялись собственные специфические компьютерные модели. И лишь в настоящее время разработаны наиболее общие программные системы, включающие в себя как динамическую метеорологию, так и атмосферную химию и позволяющие моделировать широкий спектр атмосферных явлений [2].

Цель разработки компьютерной модели атмосферы заключается с одной стороны в исследованиях с применением моделирования в направлении улучшении понимания физических, химических, динамических и радиационных процессов, а с другой стороны в улучшении качества моделирования для практического использования данной компьютерной модели в прогнозировании погоды и изменений климата и в других сферах.

Компьютерные модели атмосферы разрабатывались исследовательскими центрами, университетами и метеослужбами различных стран. Атмосферные модели обычно подразделяют на классы в соответствии с пространственным масштабом моделируемых явлений. Среди используемых на практике для прогнозирования моделей, как правило, выделяют модели глобальной циркуляции, региональные и мезомасштабные модели.

В моделях глобальной циркуляции атмосферы рассматриваются процессы планетарного масштаба, и ставится цель адекватного воспроизведения глобальной циркуляции воздушных масс с использованием данных всех возможных метеонаблюдений, включая прямые наблюдения (с помощью наземных станций, самолётов, метеозондов) и данные дистанционного зондирования (со спутников, наземных радаров и лидаров). Примерами современных моделей глобальной циркуляции являются Global Forecast System (GFS), разработанная в США, Unified Model (UM) метеослужбы Великобритании, GME службы погоды Германии и др.

Региональные модели атмосферы нацелены на моделирование атмосферных процессов в некотором ограниченном регионе, при этом условия на границах региона моделирования определяются на основании результатов вычислений некоторой модели глобальной циркуляции для того же промежутка времени. Поскольку область моделирования существенно меньше, чем в глобальных моделях, появляется возможность использовать меньший шаг сетки и включить в рассмотрение более широкий круг процессов. Если доступные вычислительные ресурсы позволяют проводить моделирование с шагом сетки порядка нескольких километров, то такая модель обычно называется мезомасштабной, поскольку способна адекватно воспроизводить мезомасштабные атмосферные процессы. Примерами мезомасштабных моделей являются NAM (North American Mesoscale), Eta, RUC (Rapid Update Cycle), ARPS (Advanced Regional Prediction System), RAMS (Regional Atmospheric Modeling System), разработанные в США, LM (Lokal Model) службы погоды Германии, ALADIN (европейский проект на основе разработок метеослужбы Франции).

Система MM5 (Mesoscale Model 5), результат разработок университета штата Пенсильвания и Национального центра атмосферных исследований (NCAR – National Center for Atmospheric Research) США, в течение нескольких лет была широко распространена в различных странах и использовалась в научных целях и практике метеорологического прогнозирования. Такая популярность обусловлена в первую очередь тем, что MM5 является моделью свободного пользования, то есть, доступна для скачивания и представляет собой свободно распространяемое программное обеспечение.

В настоящее время на основе моделей MM5, Eta и ряда других разработана новейшая универсальная система атмосферного моделирования WRF, нацеленная на использование как в исследовательских целях, так и для метеорологического прогнозирования. Подобно MM5, система WRF распространяется свободно и широко используется в научных центрах и метеослужбах различных стран.