Nakon višegodišnjeg razvoja nove verzije MeteoAdriatic ARW sustava došlo je vrijeme za instaliranje modela na našu glavnu računalnu radnu stanicu, sad već i pomalo star dvojezgreni Xeon X-5570. Novi sustav zamijenio je stari koji datira iz 2014. godine a koji je radio u klasičnoj konfiguraciji sinhronog nestinga dvije domene – 12 i 4 kilometra s ulaznim podacima GFS modela, na WRF jezgri 3.6.1 koja datira iz kolovoza 2014.
“Fast forward” 3 godine unaprijed, imamo potpuno novi sustav s WRF jezgrom 3.9 i cijelim nizom naprednih rješenja za poboljšanje performansi izračuna i kvalitete simulacije modela. Nakon uspješnih testova sustava na instalaciji MeteoAdriatic/Crometeo ARW rezolucije 10km, izradili smo i visokorezolucijski sustav na istom softverskom paketu. Domena visoke rezolucije koja pokriva Hrvatsku i bližu okolnu regiju sad ima horizontalnu rezoluciju od 3.5 kilometara i osjetno naprednije fizičke konfiguracijske značajke u odnosu na staru verziju iz 2014.
Osim naprednih rješenja koja su testirana na ARW 10km domeni, uveli smo još jednu novost. Ovog puta ne koristimo sinhroni nesting dvije domene već asinhroni, tako da uzimamo izlazne podatke iz ARW 10km domene i na njima pokrećemo 3.5km domenu. Iako je teoretski takav nesting marginalno inferioran sinhronom nestingu, nama donosi niz prednosti. Najvažnija prednost je ta da u ovakvom načinu rada možemo istovremeno koristiti više računala bez gubitaka performansi. O čemu je točno riječ?
Novi sustav je u stanju koristiti mrežnu komunikaciju među različitim računalima i to ne u smislu mrežnog “clustera” gdje dolazi do značajnog pada performansi, već na sljedeći način:
Nižerezolucijska domena od 10km se pokreće na GFS podacima i radi 120 sati unaprijed. U trenutku kad izračuna 72 sata prognoze, operativni sustav pauzira WRF jezgru, pokreće postprocesiranje podataka u grib format i zatim te podatke šalje na drugo računalo gdje se nalazi visokorezolucijska 3.5km domena te odmah po prijenosu podataka na 3.5km računalu pokreće simulaciju visoke rezolucije u trajanju prognoze od 72 sata. Nakon toga operativni sustav dopušta WRF jezgri da nastavi izračun ostatka nižerezolucijske domene i u tom trenutku oba računala rade paralelno. Prvi će svoj posao završiti nižerezolucijski sustav te će nakon kraće pauze započeti simulaciju sljedećeg “runa” i u tom trenutku ponovo oba računala rade paralelno do trenutka kad visokorezolucijsko računalo završi svoj posao, kad cijeli opisani proces kreće iz početka.
Sljedeća tri odlomka trenutačno nisu aktualna.
Međutim to nije sve. Na kartama rezolucije 3.5 kilometara u pravilu ćete pronaći obavijest da se sustav nalazi u “ENHANCED MODE”. Riječ je o korištenju još jednog računala koje zasebno priprema samo početne uvjete za inicijalizaciju 3.5km domene. Zašto? Dva su razloga. Prvi je taj da u trenutku kad 10km računalo pošalje svoje podatke na 3.5km računalo, GFS model već ima spreman svoj novi izlaz. Šteta bi ga bilo ne upotrijebiti; tu sad uskače treće računalo i pokreće vrlo kratki “run” na temelju tih svježih GFS pdataka ali na poboljšanoj rezoluciji od 7km. Po završetku procesa koji traje oko pola sata za izračun tri sata prognoze, ta trosatna prognoza se pretvara u početne uvjete 3.5km domene, dok se preostali prognostički podaci sa 10km domene koriste kao rubni uvjeti 3.5km domene.
To znači da će 3.5km domena biti inicijalizirana, na primjer, sa podacima rezolucije 7km pokrenute na GFS izlazu 06z, a rubne će uvjete koristiti rezolucije 10km, pokrenute na GFS izlazu 00z. Inicijalizacija modela rezolucijom 7km umjesto 10km (ili u slučaju izravne inicijalizacije GFS-om od ~25km) donosi prednost u smislu mnogo kraćeg tzv. “spin-up” vremena modela i kraćeg prilagođavanja atmosferskih strujanja topografiji terena, pa su tako podaci visoke rezolucije vrlo upotrebljivi već od prvih sati prognoze, za razliku od situacije kad je model inicijaliziran mnogo manjom rezolucijom.
U slučaju da 7km računalo ne uspije poslati svoje podatke prije 10km računala, 3.5km računalo neće čekati na njih već će pokrenuti svoj izračun na temelju onoga što u tom trenutku ima – samo 10km podatke i za inicijalizaciju i za rubne uvjete. To je onda “normalan” asinhroni nesting i ako se dogodi takva situacija tad na kartama 3.5km rezolucije neće biti ispisana obavijest da se sustav nalazi u “enhanced mode”.
Opisanu “enhanced mode” modifikaciju ne koristimo već dulje vrijeme. Neki poseban razlog trenutačno ne postoji, osim nedostatka računala za pokretanje dvostruke inicijalizacije budući da su resursi sada zauzeti računima ensemble WRF produkata.
Što ovo sve znači za krajnjeg korisnika? Prvi testovi pokazuju da model daje značajno bolje prognostičke podatke od stare verzije, posebice po pitanju predviđanja konvekcije (koja je i prije bila dosta dobro simulirana), a što je glavninom posljedica bolje mikrofizičke sheme (Thompson) koju koristimo u novom modelu. Uslijed povećanja rezolucije s 4 na 3.5km, vjetar će također biti simuliran bolje, osobito u području razvijenije topografije terena. Nove radijacijske sheme (RRTMG) obećavaju nešto bolje prognoze temperature zraka i bolju spregu unutar modela s mikrofizičkom shemom.
Mogućnost korištenja naprednijih fizikalnih shema modela kao i veće rezolucije posljedica je većinom asinhronog nestinga i korištenja više računala odjednom. Naime, sad glavno računalo više ne računa domenu niže rezolucije što znači da ima znatno više resursa za izračun domene više rezolucije. Tu je još i cijeli niz drugih poboljšanja i optimizacija koja smo razvili ili interno unutar novog Meteoadriatic ARW sustava ili su došla s novom jezgrom WRF modela.
Što se tiče produkata modela, izrađujemo puni set kao i za domenu ARW 10km – karte, meteograme, skew-t dijagrame i tablični prikaz podataka. Svi izrađeni podaci modela dostupni su preko adrese http://meteoadriatic.net/racunalna-vremenska-prognoza odabirom željene vrste produkta pod Crometeo ARW 3.5km.
Izmjene od verzije 2017.12
Sustav je prošao kroz značajne nadogradnje od verzije 2017.06 do 2017.12. Pametnijom raspodjelom računalnih resursa omogućeno je da 3.5km model dobije više raspoložive procesorske snage. U skladu s time odlučili smo da ne povećavamo rezoluciju modela već da koristimo još naprednije fizikalne sheme. Tako sad koristimo WDM6 mikrofiziku umjesto Thompson MP, a kombinaciju PBL i surface layer shema (YSU/Revised MM5) sad koristimo MYNN 2.5 / MYNN kombinaciju – manje popularnu ali značajnije unaprijeđenu u posljednjim verzijama WRF jezgre.
Uz spomenute promjene fizikalnih shema u MeteoAdriatic-u također radimo i na unaprijeđenju dijelova WRF izvornog koda u cilju postizanja boljih prognostičkiih rezultata. Primjer za to je NOAH Land Surface Model gdje smo zahvatima u izvornom kodu poboljšali ponašanje modela (u prvom redu temperatura zraka) vezano za taloženje snijega na tlu. Modifikacija je aktivna od verzije 2017.12 u obje domene (10km i 3.5km).
Najnoviji eksperimenti koje radimo su usmjereni na rješavanje manjih nedostataka koji se javljaju pri prodorima hladnog zraka kad WRF u većini slučajeva simulira prebrzo kretanje fronte, te prerano “bježanje” vlažnog zraka čime se u konačnici dobija prognoza preranog završetka oborina iza prolaska hladne fronte. Razlog tome je preslabo trenje zračnih masa i planinskih lanaca u modelu, budući da su oni u modelu nešto niži (“ispeglaniji”) od realnog stanja. Posljedično, hladna zračna masa u modelu lakše i brže prelazi preko planinskih prepreka nego u stvarnosti i time donosi suhi zrak, prestanak oborine i kidanje naoblake par sati ranije od realne situacije. Testne modifikacije – kao i ona vezana na snijeg – instalirane su u obje domene modela (10km i 3.5km) od verzije 2017.12.
2018.01 donosi mogućnost inteligentnog kombiniranja ulaznih podataka iz GFS i DWD ICON modela. Ova inovacija spajanja višestrukih setova ulaznih podataka u MeteoAdriatic ARW sustavu nazvana je FUSION. Ograničeni set dostupnih podataka iz ICON modela ne omogućuje punu samostalnu inicijalizaciju, pa je GFS i dalje nužan da popuni ono što nedostaje u ICON modelu. Međutim, uvođenje ICON podataka u simulaciju donosi značajan napredak u preciznosti prizemnih parametara poput temperature i vlažnosti najnižeg sloja zraka, temperature površine podloge, snježnog pokrivača i sličnih parametara dostupnih u visokoj rezoluciji iz ICON modela. Koristimo ICONov EU NEST koji ima horizontalan grid od 6.5 kilometara, što je značajno bolje od GFSovog grida – 25 kilometara.
