Если в качестве формата выходных данных в WRF используется NetCDF, то для их визуализации могут использоваться универсальные программы, такие как ncview. В то же время, для ARW и NMM разработаны специализированные программные средства визуализации и последующего анализа результатов моделирования.

Для обоих динамических ядер может использоваться разработанная в NCEP система WRF Post-Processing (WPP), задачей которой является приведение выходных данных WRF к формату, пригодному для использования в метеослужбах [9, 11].

Популярной системой визуализации данных различных мезомасштабных моделей является RIP (Read / Interpolate / Plot), изначально предназначавшаяся для визуализации выходных данных MM5. Текущая версия RIP4 позволяет работать в том числе и с данными WRF, включая как ARW, так и NMM [9, 11]. Система RIP основывается на графической библиотеке NCAR Graphics.

Визуализация и анализ данных ARW наиболее полно может быть осуществлена с помощью сценариев языка NCL (NCAR Command Language). Начиная с NCL версии 5, NCAR объединил в библиотеках NCL все собственные разработки в области анализа и визуализации научных данных, включив NCL и NCAR Graphics.

NCL представляет собой интерпретируемый язык, предназначенный для работы с научными данными и их визуализации. Поддерживаются данные в форматах NetCDF, HDF4, HDF4-EOF, GRIB, двоичные и ASCII файлы. Библиотеки NCL доступны для скачивания на соответствующем разделе сайта UCAR [14].

NCL может равным образом использоваться для работы с любыми научными данными, однако для данных WRF в NCL были разработаны некоторые дополнительные компоненты (например, встроенные функции анализа данных ARW), наиболее полно представленные в NCL версии 5.1.0 и выше. Более того, доступно множество готовых сценариев NCL для типичных задач обработки результатов моделирования.

Система ARWpost предназначена для приведения данных ARW к формату популярных в метеорологии и атмосферных исследованиях систем визуализации GrADS и Vis5D [9].

В NCAR также разработана одна из наиболее универсальных программ визуализации научных данных — VAPOR (Visualization and Analysis Platform for Ocean, atmosphere and solar Researchers). Задачей VAPOR является интерактивный анализ и визуализация данных численного моделирования гидродинамических процессов различной природы. Особенностью VAPOR является возможность визуализации изменяющихся во времени трёхмерных полей данных с использованием техники DVR (Direct Volume Rendering – прямая объёмная визуализация) [9]. VAPOR доступна для свободного скачивания с сайта [15].

Глава 3: Вычислительный эксперимент на основе системы WRF

Подготовка входных данных

Рассмотрим пример использования системы WRF для моделирования атмосферных процессов, протекавших в прошлом (август 2005 года) на территории Беларуси, на основе архивных данных.

Статические геоданные глобального покрытия для программы geogrid могут быть взяты с сайта WRF [13]. Геоданные с максимальным разрешением в 30 угловых секунд в архиве geog.tar.gz занимают 354 Мб, после извлечения из архива — более 9,3 Гб.

Поля метеорологических величин, полученные в результате вычислений модели глобальной циркуляции GFS, для текущего момента времени и нескольких предшествующих дней могут скачиваться с сайта NCEP. Данные GFS для временного промежутка 01.08.2005 — 10.08.2005 доступны в архиве NOAA [16] или Архиве исследовательских данных (RDA, Research Data Archive) Лаборатории вычислительных и информационных систем (CISL, Computational and Information Systems Laboratory) NCAR [17].

Данные в исходном виде содержат значения множества переменных для всего земного шара, что существенно увеличивает их объём. На Web-странице архива [16] может быть указан необходимый для конкретной задачи набор переменных и изобарических уровней, а также ограничена географическая область. На основании указанных данных сценарий Perl формирует новый набор данных, доступный для скачивания с сайта в течение некоторого времени.

Набор данных в файлах gfs_3_2005*.grb формата GRIB для региона 20 — 35 градусов восточной долготы, 50 — 60 градусов северной долготы с пространственным разрешением в 1 градус и набора переменных, требуемого для организации моделирования в системе WRF, имеет объём порядка 42 Мб.

Разместим в центре выбранного региона область моделирования с расчётной сеткой 40 на 48 узлов и шагом 18,5 км.

Основные компоненты файла списка имён namelist.wps приведены в листинге 3.1. Параметры сетки и картографической проекции Ламберта, а также путь к каталогу, содержащему файлы статических геоданных (~/geog/) задаются в записи &geogrid, рассматриваемый промежуток времени и интервал между выходными файлами системы WPS в записи &metgrid.

Листинг 3.1 — Файл namelist.wps

&share

 wrf_core = 'ARW',

 max_dom = 1,

 start_date = '2005-08-08_00:00:00'

 end_date = '2005-08-11_00:00:00'

 interval_seconds = 10800

 io_form_geogrid = 2,

/

&geogrid

 parent_id    = 1,

 parent_grid_ratio = 1,

 i_parent_start = 1,

 j_parent_start = 1,

 e_we         = 40,

 e_sn         = 48,

 geog_data_res = '30s'

 dx = 18500,

 dy = 18500,

 map_proj = 'lambert',

 ref_lat = 53.00,

 ref_lon = 27.00,

 truelat1 = 53.0,

 truelat2 = 57.0,

 stand_lon = 27.0,

 geog_data_path = '~/geog/'

/

&ungrib

 out_format = 'WPS',

 prefix = 'FILE',

/

&metgrid

 fg_name = 'FILE'

 io_form_metgrid = 2,

/

В результате работы программы geogrid.exe будет создан файл geo_em.d01.nc объёмом 790,8 Кб в формате NetCDF.

Перед запуском ungrib.exe предварительно необходимо с помощью сценария link_grib.csh создать символические ссылки GRIBFILE.AAA, GRIBFILE.AAB, … GRIBFILE.ZZZ в рабочем каталоге на файлы в формате GRIB, содержащие исходные метеоданные. На выходе программы ungrib.exe создаются файлы FILE:2005-08-01_00 – FILE:2005-08-10_24 с данными в промежуточном формате.

На выходе программы metgrid.exe файлы met_em.d01.2005-08-01_00:00:00.nc – met_em.d01.2005-08-10_24:00:00.nc содержат данные с интервалом в 3 часа, как указано в namelist.wps (interval_seconds = 10800).