Descrición : O principal obxectivo deste proxecto é acadar unha predicción meteorolóxica detallada para toda a comunidade galega, na que quede reflectida a diversidade climatolóxica característica de Galicia Figura 3. Para esto, execútase diariamente no VPP300E do CESGA un modelo numérico de predicción meteorolóxica (ARPS) non hidrostático cunha resolución de 10 km co que se obtén unha predicción para o día seguinte das diferentes variables meteorolóxicas: temperatura, dirección e velocidade do vento, humidade, nubosidade, chuvia, néboas, etc...
Sumario do proxecto de investigación
Dada a diversidade climatolóxica existente en Galicia, faise necesario a aplicación dun modelo meteorolóxico non hidrostático cunha resolución axeitada que permita a descripción detallada desta climatoloxía. O modelo numérico elexido foi o ARPS (Advanced Regional Prediction of Storms), orixinario da Universidade de Oklahoma, xa que inclúe as parametrizacións físicas suficientes para a descripción dos movementos atmosféricos nunha topografía tan complexa como a galega, que inclúe nun área moi pequena zonas de montaña, terra cha, entrada de rías e tamén zonas de mar aberto. Ademáis disto, este modelo foi o suficientemente optimizado para obter unha predicción a 24 horas cun gasto computacional mínimo, que permita ter tempo para facer unha valoración dos resultados por parte dos meteorólogos e redactar a predicción diaria, de forma que todos os días a primeira hora da mañá se dispoña dunha predicción detallada para as 24 horas do vindeiro día.
O dominio de cálculo consiste nunha malla de 40´ 40 puntos en horizontal cunha resolución de 10 km, (e 25 niveis en vertical, ata 10.000 m de altura) co que se cubre unha área de 400´ 400 km2 que inclúe non soamente Galicia, senón tamén unha amplia zona de mar ao noroeste, a franxa oriental asturiana e o norte de Portugal. Este extenso dominio faise necesario xa que é preciso ter en conta a influencia dos fenómenos que ocurren a escala sinóptica e que afectan directamente a meteoroloxía local galega, como son a entrada de sistemas frontais polas costas atlánticas ou a influencia da baixa térmica típica do verán, que se produce no centro da península e que nos afecta polo este.
A metodoloxía empregada para realizar a predición de forma operativa é a seguinte:
A última hora da tarde recíbense os ficheiros que conteñen tanto as condicións iniciais como as condicións de contorno necesarias para resolver o sistema de ecuacións do modelo numérico de predicción. Estos datos son a saída dun modelo meteorolóxico (AVN) de maior escala e veñen dados para unha resolución de 1º e en 16 niveis verticais ata unha altura correspondente a 10 mb.
A primera hora da noite execútase en primeiro lugar un programa denominado EXT2ARPS que se encarga de xerar o campo inicial para a malla de maior resolución e tamén as condición de contorno. Con esto obténse un campo inicial tridimensional con valores das variables meteorolóxicas en cada un dos puntos da malla. Además, foi engadida unha nova subrutina (add_cloud.f) a este programa que permite a inicialización da nubosidade, é decir, xa na condición inicial poderase reproducir a nubosidade existente sin ter que esperar a que o modelo ARPS teña que xerala, co conseguinte desfase temporal que isto suporía.
Xa na noite, execútase o modelo ARPS que é o encargado de resolver as ecuacións de pronóstico para as distintas variables meteorolóxicas. Neste caso, considerouse axeitado almacenar os resultados cada hora, de xeito que se van obter 24 ficheiros de saida que serán debidamente procesados para poder ver os resultados de forma gráfica con alguns dos posibles interfaces existentes como son o Vis5d, GrADS, ou o propio do ARPS, o ARPSPLT.
Deste xeito, a primeiras horas da mañá xa se dispón da información precisa para realizar a predicción para o día seguinte. Esta información moi local que se obtén do modelo ARPS complétase coa saida doutros modelos globais para poder realizar unha predicción o máis realista posible.
Na Figura 1 móstrase un exemplo do campo de temperatura superficial predito para as catro da tarde para o día 1 de Xuño do 2000. Como se pode comprobar, o modelo ARPS é capaz de distinguir claramente as marcadas diferencias de temperatura existentes entre as zonas costeiras (18º nas Rías Baixas) e as de interior (30º en Ourense), e ademáis permite particularizar para un punto concreto que nos interese coñecer, por exemplo, os 25º de Santiago de Compostela. Na Figura 2 móstrase unha saída do modelo xerada co Vis5d, co que se pode ver ao mesmo tempo o campo de vento a un nivel en altura elexido, tamén un corte vertical do campo de temperatura ademáis de representar a formación nubosa existente, que para este día aparece na parte montañosa do sureste de Galicia. Na Figura 3 preséntase un exemplo (1 Xuño do 2000) da predicción diaria para Galicia que está a disposición de calquer interesado na páxina Web.
Por último, cómpre destacar que este proxecto sigue en funcionamento e en continua evolución co que, ademáis deste principal obxectivo de obter unha predicción meteorolóxica local con 36 horas de antelación, tamén se está a traballar en temas relacionados coa asimilación de datos reais recollidos nas 17 estacións meteorolóxicas automáticas da Consellería de Medioambiente, que se encontran espalladas por toda a comunidade galega, o que permitirá facer unha predicción moi localizada e case inmediata, que se poderá aplicar a temas de alertas meteorolóxicas por existencia de temporal ou tamén ó coñecemento a priori do desplazamento do lume en caso de incendios forestais.
Ténicas e aplicacións de computación
a) Superordenador vectorial VPP300E
O código informático do modelo meteorolóxico ARPS está en FORTRAN 77. Dito código foi validado e optimizado para o seu bo funcionamento no VPP300E polo que, en primeiro lugar optimizáronse as opcións de compilación do programa. Ademáis de executarse en vectorial e aplicarlle ó código o grado máximo de optimización (-Of), tamén engadironselle, por exemplo, opcións sobre a execución "inline" das funcións intrínsecas (-ilfunc). Por outra parte, modificouse o código para optimizala vectorización.
Fixeronse "inline" certas funcións propias do modelo. Como as funcións f_esl, f_esi, f_desdtl, f_desdti, f_desdt, f_qvsat, f_es, f_tdewl, f_tdewi, f_tdew, f_mrsat, f_pt2pte e f_tmr que ó chamarse dentro dun bucle, o facelas "inline" provoca que o seu cálculo sexa moito mas rápido. Xa que pode optimizar o seu cálculo debido a sustitución das variables xenéricas, polas particulares de cada caso.
Fusionáronse certos bucles que o compilador non facía automáticamente e que si se podían unir, para iso, usuose a directiva: !OCL VCT(VOL).
Intercambiaronse a orde dos bucles que non tiñan optimizado o seu acceso a memoria.
Informouselle o compilador das variables temporais que non se usan o sair dun bucle. Para iso, usouse a directiva !OCL TEMP(var), sendo var a variable temporal correspondente.
Elimináronse as dependencias dalgúns bucles. Tanto usando a directiva !OCL NOVREC, como dividindo o bucle en dous.
Con todas estas melloras, o tempo de cálculo necesario para completar un día de predicción é de 80 minutos, mellorando cáseque en 3 horas o tempo inicial, e acadando así unha vectorización do 82%.
b) Sistema de almacenamento masivo:
Por outra banda, é preciso almacenar diariamente os datos de inicialización dos modelos meteorolóxicos que se poden dividir en dous tipos:
Datos de inicialización que veñen dos modelos de mesoscala de menor resolución, e que abranguen unha maior rexión, por exemplo, saídas do modelo europeo, do AVN, etc,...
Datos das estacións meteorolóxicas espalladas pola xeografía galega que pertencen á Consellería de Medioambiente, e tamén os datos diarios da radiosondaxe. Estos datos permiten axustar o campo meteorolóxico inicial á climatoloxía galega.
Tamén é preciso almacenar as saídas dos modelos numéricos meteorlóxicos propios (ARPS, MM5, etc,..) e que se executan diariamente no CESGA para a súa posterior visualización cara (i) o seu uso polos predictores e (ii) para a sua dispoñibilidade na Web de información ó público.
Este almacenamiento masivo supón dispoñer dunha grande capacidade de almacenamento in situ para o seu uso constante.
Estimación do tempo de supercomputación ata a data
Aproximadamente 1500 horas de CPU anuais.
Estimación do tempo de supercomputación ata o remate do traballo
Aproximadamente 1500 horas de CPU anuais.
|
cesga.es
:: Telf.: +34 981 569810 - Fax: 981 594616 ::
Avda. de Vigo s/n 15705, Santiago de Compostela.