REGRID không phải là chương trình đơn lẻ mà là một tập các chương trình xử lý nhiều quá trình bao gồm hai thành phần chính:
Đọc và định dạng lại trường khí tượng đầu vào thực hiện bởi mô đun con pregrid.
Nội suy các trường khí tượng vào lưới của MM5 thực hiện bởi mô đun con regridder.
Các quá trình xử lý của mô đun con pregrid có thể được chia nhỏ thành các phần khác nhau và bất kỳ thành phần nào cũng có thể đọc các file số liệu khí tượng một cách dễ dàng. Mục đích để trợ giúp người sử dụng có thể thay thế các file số liệu với các định dạng sẵn có của MM5 bởi các số liệu định dạng riêng. Sản phẩm của mô đun REGRID là các file REGRID_DOMAIN1, REGRID_DOMAIN1, … Tương ứng với miền tính thứ nhất, miền tính thứ hai, … Các file số liệu này là đầu vào cho mô đun RAWINS/little_r (trong trường hợp bổ sung số liệu địa phương). Các file số liệu này được xem như là những phỏng đoán đầu tiên của quá trình phân tích khách quan, hay nói cách khác, quá trình phân tích khách quan được nội suy trực tiếp ở các mực trong mô hình đối với điều kiện ban đầu và điều kiện biên của MM5.
Mô đun INTERPF điều khiển các biến đổi cần thiết đưa các dữ liệu từ các mô hình phân tích sang mô hình khí tượng động lực học.
Chức năng chính của mô đun INTERPF là:
Nội suy số liệu khí tượng theo chiều thẳng đứng và lưới mô hình. Bổ sung các trường bề mặt như khí áp, nhiệt độ không khí.
Xử lý mô hình bất thủy tĩnh nguyên thủy.
Quá trình thực hiện các chương trình của mô đun INTERPF. Đầu tiên INTERPF sử dụng các file dữ liệu trong hệ tọa độ sigma của động lực thủy
tĩnh ở các mực khí áp cơ bản nhưng không tính đến khí áp. Để các dữ liệu này phù hợp với mô hình bất thủy tĩnh có các bước nội suy nhỏ hơn theo chiều thẳng đứng cần phải chuyển về hệ tọa độ sigma của động lực học bất thủy tĩnh. Để làm được điều đó cần phải xác định độ cao các biến u, v, t và RH cho các mực sigma của động lực bất thủy tĩnh.
Sản phầm của mô đun INTERPF là các file BDYOUT_DOMAIN1,2… (điều kiện biên), LOWBDY_DOMAIN1,2… (điều kiện biên dưới) MMINPUT_DOMAI1,2…(điều kiện ban đầu) làm đầu vào cho mô đun MM5.
MM5 là mô đun đưa ra kết quả dự báo số của mô hình, tất cả các lựa chọn của mô hình được MM5 mô phỏng và dự báo. Phổ ứng dụng của MM5 bao gồm nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng. MM5 cho phép mô phỏng và dự báo thời tiết nói chung, các quá trình quy mô từ lớn đến vừa như gió mùa, bão, áp thấp, .… Ngoài ra, MM5 cũng cho phép mô phỏng và dự báo các quá trình quy mô nhỏ hơn (từ 2 đến 200km). Quá trình đưa tất cả các sản phẩm của các mô đun trên vào lưới điểm của các miền tính với tọa độ theo phương ngang và phương đứng định sẵn nhằm mục đích mô phỏng trường dự báo là quá trình mấu chốt của toàn bộ mô hình. Dữ liệu đầu vào của mô đun MM5 chính là đầu ra của các chương trình INTERPF và TERRAIN, thêm vào đó đồng thời có sự can thiệp của chương trình NESTDOWN và đầu ra của INTERPB để tạo thêm đầu vào cho MM5. Sản phẩm của mô đun MM5 là các file MMOUT_DOMAIN1, MMOUT_DOMAIN2… là đầu vào của các mô đun INTERPB và MM5toNETCDF để sinh ra dạng dữ liệu chuẩn dùng lại cho nhiều mục đích khác nhau. Mô đun này có thể chạy tuần tự và chạy cả trên cluster môi trường MPI.
Mục đích của mô đun INTERPB là bước trung gian chuyển đổi mô hình từ hệ trục tọa độ sigma (σ) về mực khí áp. Mô đun này chỉ sử dụng phép nội suy theo phương đứng và một vài dự đoán. Dữ liệu ra của chương này thì thích hợp cho dữ liệu đầu vào của REGRIDDER (ro re-grid a model forecast), LITTE_R (for pressure-level re-analysis), INTERPF và GRAPH ( cho các hiển thị và tính toán dự đoán) Nhưng trong mô hình triển khai ở HPC thì dùng một mục đích đó là tạo file MMOUTP_DOMAIN1,2… để làm đầu vào cho mô đun MM5toGRIB.
Mô đun MM5toNETCDF đưa ra định dạng dữ liệu chuẩn dạng Netcdf. Dạng dữ liệu chuẩn Netcdf tương lai là một file dữ liệu dùng chung rất tốt nhưng hiện dạng này vẫn không tốt bằng dạng file grid. Một vài trường Netcdf khi xuất dữ liệu ra không đúng với dữ liệu ban đầu của mô hình. Lý do là mô đun tạo ra file MM5toNETCDF này được viết ra phù hợp cho từng mô hình cụ thể. Nếu như người sử dụng muốn sử dụng mô đun này mà kết quả đúng đắn thì phải cấu hình từ đầu cho phù hợp. Nếu không thì viết hẳn một chương trình tạo file Netcdf. Đầu vào mô đun này các file đầu ra của mô đun MM5.
Mô đun MM5toGRIB đưa ra dữ liệu chuẩn dạng .grb. Đây là một loại khí tượng rất có ý với những người dự báo. Khi mô hình đưa ra file này thì người ta có thể trích xuất các trường dự báo theo từng khu vực, từng miền và có thể dùng làm để dự báo cho nhiều vùng, file này được dùng để tham khảo, dùng lại để chạy mô hình rất tốt. Dữ liệu đầu vào của mô đun này là các dữ liệu ra của mô đun INTERPB.
2.3 Một số giải pháp mới cho bài toán nhận dạng hình thế thời tiết
Ở phần trên đã giới thiệu hai phương pháp dự báo khí tượng phổ biến nhất hiện nay. Trong hai phương pháp đó thì phương pháp số trị là một
phương pháp hiện đại, phương pháp này cho kết quả dự báo ngắn hạn tốt và khá chính xác. Tuy nhiên phương pháp số trị không dễ thực hiện do phương pháp này cần nhiều số liệu quan trắc, một số tham số được ước lượng theo tính toán của người chạy mô hình; mặt khác việc thực hiện phương pháp số trị còn nhiều phức tạp nên nhiều cơ quan, nhiều trường đại học và cao đẳng vẫn chưa đưa vào áp dụng. Đặc biệt phương pháp số trị cũng không cho kết quả nhận dạng hình thế thời tiết, nếu có nhận dạng hình thế thì nó mới chỉ dừng lại ở việc nhận dạng hình thế khí áp. Hiện nay ở các trường đại học và cao đẳng, như tại khoa Khí tượng và Tài nguyên nước của trường Cao đẳng Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, người ta vẫn đang áp dụng phương pháp synop để hướng dẫn sinh viên cách nhận dạng hình thế thời tiết và dự báo thời tiết. Nhưng phương pháp synop cũng chứa đựng nhiều yếu tố định tính và đòi hỏi người giáo viên phải có nhiều kinh nghiệm, điều này cũng trở nên khó khăn trong công tác giảng dạy.
Trong đề tài này tôi sẽ cải tiến phương pháp synop và áp dụng công nghệ thông tin để nhận dạng hình thế thời tiết, vì đây cũng là một việc quan trọng trong quá trình dự báo thời tiết. Mặt khác điều mà tôi mong muốn đạt được khi đưa ra giải pháp của mình là nó phải phù hợp với điều kiện thực tế và có thể áp dụng tại khoa Khí tượng và Tài nguyên nước của trường Cao đẳng Tài nguyên và Môi trường Hà Nội. Sau đây là một số ý tưởng về giải pháp nhận dạng hình thế thời tiết mà nó được cải tiến từ phương pháp synop.
Giải pháp 1: Nhận dạng bản đồ Synop bằng việc áp dụng kỹ thuật xử lý ảnh.
Ý tưởng của phương pháp này là thực hiện quét ảnh bản đồ synop vào máy tính sau đó đọc các đường đẳng áp trên bản đồ synop để nhận dạng hình thế thời tiết. Nghĩa là bản đồ synop trước khi được quét thì trên đó đã điền
đầy đủ các thông tin khí tượng của các trạm phát báo, trạm phát báo là các trạm có thể nói là ở vị trí quan trọng trong mạng lưới quan trắc và bắt buộc phải trao đổi số liệu khí tượng quốc tế, trên bản đồ này các đường đẳng áp cũng đã được vẽ theo kinh nghiệm của dự báo viên.