Descripcion : El principal objectivo de este proyecto es alcanzar una predicción meteorológica detallada para toda la comunidad gallega, en la que quede reflectida la diversidad climatológica característica de Galicia (figura 3). Para esto se ejecuta diariamente en el VPP300E del CESGA un modelo numérico de predicción meteorológica (ARPS) no hidrostático con una resolución de 10 km con lo que se obtiene una predicción para el día siguiente de las diferentes variables meteorológicas: temperatura, dirección y velocidad del viento, humedad, nubosidad lluvia, nieblas, etc...
Sumario del proyecto de investigación
Dada la diversidad climatológica existente en Galicia, se hace necesario la aplicación de un modelo meteorológico no hidrostático con una resolución adecuada que permita la descripción detallada de esta climatología. El modelo numérico elegido fue el ARPS (Advanced Regional Prediction of Storms), originario de la Universidad de Oklahoma, ya que incluye las parametrizaciones físicas suficientes para la descripción de los movimientos atmosféricos en una topografía tan compleja como la gallega, que incluye en un área muy pequeña zonas de montaña, planicies, entrada de rías y también zonas de mar abierto. Además de esto, este modelo fue lo suficientemente optimizado para obtener una predicción a 24 horas con un gasto computacional mínimo, que permita ter tiempo para hacer una valoración de los resultados por parte de los meteorólogos y redactar la predicción diaria, de forma que todos los días a primera hora de la mañana se disponga de una predicción detallada para las 24 horas del siguiente día.
El dominio de cálculo consiste en una malla de 40´ 40 puntos en horizontal con una resolución de 10 km2, (y 25 niveles en vertical, hasta 10.000 m de altura) con el que se cubre un área de 400´ 400 km que incluye no solamente Galicia, sinó también una amplia zona de mar al noroeste, la franja oriental asturiana y el norte de Portugal. Este extenso dominio se hace necesario ya que es preciso tener en cuenta la influencia de los fenómenos que ocurren a escala sinóptica y que afectan directamente a la meteorología local gallega, como son la entrada de sistemas frontales por las costas atlánticas o la influencia da bajada térmica típica del verano, que se produce en el centro de la península y que nos afecta por el este.
La metodología empleada para realizar la predicción de forma operativa es la siguiente:
La última hora de la tarde se reciben los ficheros que contienen tanto las condiciones iniciales como las condiciones de entorno necesarias para resolver el sistema de ecuaciones del modelo numérico de predicción. Estos datos son la salida de un modelo meteorológico (AVN) de mayor escala y vienen dados para una resolución de 1º y en 16 niveles verticales hasta una altura correspondiente a 10 mb.
A primera hora de la noche se ejecuta en primer lugar un programa denominado EXT2ARPS que se encarga de generar el campo inicial para la malla de mayor resolución y también las condiciones de entorno. Con esto se obtiene un campo inicial tridimensional con valores de las variables meteorológicas en cada uno de los puntos de la malla. Además, fue añadida una nueva subrutina (add_cloud.f) a este programa que permite la inicialización de la nubosidad, es decir, ya en la condición inicial se podrá reproducir la nubosidad existente sin tener que esperar a que el modelo ARPS tenga que generarla, con el consiguiente desfase temporal que esto supondría.
Ya en la noite, se ejecuta el modelo ARPS que es el encargado de resolver las ecuaciones de pronóstico para las distintas variables meteorológicas. En este caso, se consideró acertado almacenar los resultados cada hora, de forma que se van a obtenerr 24 ficheros de salida que serán debidamente procesados para poder ver los resultados de forma gráfica con algunos de los posibles interfaces existentes como son el Vis5d, GrADS, o el propio del ARPS, o ARPSPLT.
De esta forma, las primeras horas de la mañana ya se dispone de la información precisa para realizar la predicción para el día siguiente. Esta información muy local que se obtiene del modelo ARPS se completa con la salida de otros modelos globales para poder realizar una predicción lo más realista posible.
En la Figura 1 se muestra un ejemplo del campo de temperatura superficial predecido para las cuatro de la tarde para el día 1 de Junio de 2000. Como se puede comprobar, el modelo ARPS es capaz de distinguir claramente las marcadas diferencias de temperatura existentes entre las zonas costeras (18º en las Rías Baixas) y las de interior (30º en Ourense), y además permite particularizar para un punto concreto que nos interese conocer, por ejemplo, los 25º de Santiago de Compostela. En la Figura 2 se muestra una salida del modelo generada con el Vis5d, con el que se puede ver al mismo tiempo el campo de viento a un nivel en altura elegido, también un corte vertical del campo de temperatura además de representar la formación nubosa existente, que para este día aparece en la parte montañosa del sureste de Galicia. En la Figura 3 se presenta un ejemplo (1 junio do 2000) de la predicción diaria para Galicia que está a disposición de cualquier interesado en la página Web.
Por último, hay que destacar que este proyecto sigue en funcionamiento y en continua evolución con el que, además de este principal objectivo de obtener una predicción meteorológica local con 36 horas de antelación, también se está a trabajar en temas relacionados con la asimilación de datos reales recojidos en las 17 estaciones meteorológicas automáticas de la Consellería de Medioambiente, que se encuentran repartidas por toda la comunidad gallega, lo que permitirá hacer una predicción muy localizada y case inmediata, que se podrá aplicar a temas de alertas meteorológicas por existencia de temporal o también al conocimiento a priori del desplazamiento del fuego en caso de incendios forestales.
Ténicas y aplicaciones de computación
a) Superordenador vectorial VPP300E
El código informático del modelo meteorológico ARPS está en FORTRAN 77. Dicho código fue validado y optimizado para su buen funcionamiento en el VPP300E por lo que, en primer lugar se optimizaron las opciones de compilación del programa. Además de ejecutarse en vectorial y aplicarle al código el grado máximo de optimización (-Of), también se le incorporaron, por ejemplo, opciones sobre la ejecución "inline" de las funciones intrínsecas (-ilfunc). Por otra parte, se modificó el código para optimizar la vectorización.
Se hicieron "inline" ciertas funciones propias del modelo. Como las funciones f_esl, f_esi, f_desdtl, f_desdti, f_desdt, f_qvsat, f_es, f_tdewl, f_tdewi, f_tdew, f_mrsat, f_pt2pte y f_tmr que al llamarse dentro de un bucle, o hacerlas "inline" provoca que su cálculo sea mucho mas rápido. Ya que puede optimizar su cálculo debido a la sustitución de las variables genéricas, por las particulares de cada caso.
Se fusionaron ciertos bucles que el compilador no hacía automáticamente y que si se podían unir, para eso, se usó la directiva: !OCL VCT(VOL).
Se intercambió la orden de los bucles que no tenían optimizado su acceso a la memoria.
Se le informó al compilador de las variables temporales que no se usan al salir de un bucle. Para eso, se usó la directiva !OCL TEMP(var), siendo var la variable temporal correspondiente.
Se eliminaron las dependencias de algunos bucles. Tanto usando la directiva !OCL NOVREC, como dividiendo el bucle en dos.
Con todas estas mejoras, el tiempo de cálculo necesario para completar un día de predicción es de 80 minutos, mejorando casi en 3 horas el tiempo inicial, y alcanzando así una vectorización del 82%.
b) Sistema de almacenamiento masivo:
Por otra parte, es necesario almacenar diariamente los datos de inicialización de los modelos meteorológicos que se pueden dividir en dos tipos:
Datos de inicialización que vienen de los modelos de mesoscala de menor resolución, e que abarcan una mayor región, por ejemplo, salidas del modelo europeo, del AVN, etc,...
Datos de las estaciones meteorológicas repartidas por la geografía gallega que pertenecen a la Consellería de Medioambiente, y también los datos diarios del radiosondaje. Estos datos permiten ajustar el campo meteorológico inicial a la climatología gallega.
También es necesario almacenar las salidas de los modelos numéricos meteorológicos propios (ARPS, MM5, etc,..) y que se ejecutan diariamente en el CESGA para su posterior visualización hacia (i) su uso por los predictores y (ii) para su disponibilidad en la Web de información al público.
Este almacenamiento masivo supone disponer de una gran capacidad de almacenamento in situ para su uso constante.
Estimación del tiempo de supercomputación hasta la fecha
Aproximadamente 1500 horas de CPU anuales.
Estimación del tiempo de supercomputación hasta el final del trabajo
Aproximadamente 1500 horas de CPU anuales.
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