Гибкость системы WRF обусловлена модульной структурой её программного кода. WRF состоит из множества достаточно независимых компонент, выполняющих определённые задачи на разных стадиях моделирования.

Основные компоненты WRF изображены на рисунке 2.1 и включают в себя динамические ядра, программные модули представления физических процессов (Physics Packages) и интерфейс их взаимодействия с динамическими ядрами (Physics Interface), модуль вариационного усвоения данных метеонаблюдений WRF-Var и модель химического состава атмосферы WRF-Chem. Внешними компонентами WRF являются система подготовки входных данных WRF Preprocessing System (WPS), система объективного анализа данных стандартных метеонаблюдений OBSGRID, различные программные средства визуализации и последующей обработки (пост-процессинга) выходных данных WRF (результатов моделирования) [9].

Рисунок 2.1 — Структура программной системы WRF

Необходимое взаимодействие между различными компонентами WRF и обмен данными с внешними программами обеспечивается в рамках программного среды WRF Software Framework (WSF). В частности, интерфейс ввода-вывода WRF I/O API позволяет WRF функционировать совместно с различными сторонними программными средствами, что обеспечивает естественную поддержку системой множества форматов данных [9]. Интерфейс взаимодействия моделей (Model Coupling API) предоставляет возможность совместной работы WRF c другой системой моделирования, например, совместно с моделью циркуляции океана, моделью земной поверхности и т. п. WSF позволяет реализовать такое взаимодействие в рамках единого программного окружения Earth System Modeling Framework (ESMF).

Используемые форматы данных

Обмен данными между компонентами системы WRF и запись результатов моделирования в выходные файлы осуществляется интерфейсом ввода-вывода WRF I/O API в выбранном пользователем формате данных. В настоящее время поддерживаются 5 форматов ввода-вывода: двоичный, NetCDF, PHDF5, GRIB1 и GRIB2. Форматом по умолчанию, рекомендуемым для использования во всех задачах моделирования, является NetCDF.

NetCDF (Network Common Data Form) представляет собой формат данных и соответствующий программный интерфейс, предназначенный для работы с научными данными. NetCDF нацелен на предоставление эффективного доступа к относительно небольшим подмножествам массивных наборов данных. Разработка и поддержка NetCDF осуществляется в Unidata, подразделении UCAR [10]. В настоящее время NetCDF применяется в различных областях исследований, однако изначально его разработка была нацелена на использование в задачах наук о Земле, требующих работы с громадными массивами данных. NetCDF представляет собой формат данных с самоописанием: наряду со значениями переменных в файле содержатся и их аттрибуты, такие как описание соответствующей физической величины, единица измерения и другие параметры.

Большинство программных средств, предназначенных для визуализации и обработки результатов моделирования системы WRF, предполагают использование для выходных файлов именно формата NetCDF [9]. В свою очередь, программа ncview представляет собой универсальное средство визуализации содержимого любых файлов в формате NetCDF.

Хотя NetCDF может использоваться в качестве универсального формата хранения массивов данных, достижение оптимального уровня сжатия не является целью его разработки. Для эффективной передачи значительных объёмов метеорологической информации в реальном времени по официальным высокоскоростным каналам связи и хранения архивных метеоданных используется код GRIB (GRIdded Binary), официально утверждённый Всемирной метеорологической организацией (ВМО). GRIB представляет собой формат битового типа, позволяющий достигнуть высокой степени сжатия данных. В настоящее время по-прежнему широко используется формат GRIB Edition 1 (GRIB1), а также активно внедряется его новая версия GRIB Edition 2 (GRIB2).