1.1 Мезомасштабная модель пятого
поколения MM5
Разработанная в Национальном центре атмосферных исследований в кооперации с университетом штата Пенсильвания метеорологическая моделирующая система пятого поколения MM5 (Mesoscale Model 5) [3, 4] предназначена для исследования локальных и региональных атмосферных процессов. ММ5 может применяться для решения широкого спектра теоретических проблем атмосферного пограничного слоя, а также при прогнозе метеорологических ситуаций для выбранного региона. На мезо-бета- и мезо-гамма-масштабах (2-220км) ММ5 может использоваться для исследования атмосферных процессов, в частности, развития мезомасштабных конвективных систем, прохождения фронтов, динамики береговых бризов, горно-долинной циркуляции, влияния городского острова тепла. MM5 в настоящее время является метеорологической компонентой информационно-прогностической системы Model-3, предназначенной для решения задач прогнозирования качества атмосферного воздуха и его оптических свойств [4].
Имеются
негидростатическая и гидростатическая версии модели, в которых применяется
следящая за поверхностью координатная система. Негидростатическая модель
позволяет варьировать горизонтальное разрешение от сотен метров до десятков
километров. Модель MM5 включает возможность организации проведения расчетов во
вложенных областях с односторонним или двухсторонним влиянием (до 9
последовательно вложенных сеток). Разработаны версии модели для многопроцессорной
вычислительной техники. Предусмотрена возможность четырехмерного усвоения
данных наблюдений. В результате расчетов MM5 генерирует метеорологические поля
(горизонтальные и вертикальную компоненты вектора скорости ветра, давление,
температуру, влажность воздуха, характеристики облачности и осадков, потоки
тепла, влаги и количества движения, потоки коротковолновой и длинноволновой
радиации и т.п.). Система уравнений модели в 
– координатной
системе включает уравнение для давления 
, уравнения движения для компонент скорости 
, уравнение притока тепла:
, (1)
, (2)
, (3)
, (4)
. (5)
Здесь 
– вектор скорости
ветра; 
– плотность, давление, абсолютная температура и потенциальная
температура воздуха (с индексом «0» базовые значения для «стандартной»
атмосферы);
;
;
;
– давление на поверхности и на верхней границе области;
– ускорение силы тяжести;
– показатель адиабаты; 
– теплоемкость воздуха при постоянном давлении; 
− газовая постоянная для сухого воздуха; 
– приток тепла; 
– масштабный коэффициент, учитывающий неоднородность рельефа
подстилающей поверхности;
, 
− широта; 
− угловая скорость вращения Земли; 
− параметр
Кориолиса;
; 
− текущая и центральная долгота в области исследования;
− источниковые члены в соответствующих уравнениях.
Также в модели используются прогностические уравнения для водяного пара и переменных параметризации микрофизики, таких как облачность и осадки. Эти уравнения включают в себя адвективно-диффузионные и источниковые члены.
Система MM5
имеет большое количество схем параметризации подсеточных физических процессов,
выбираемых пользователем исходя из требований поставленной задачи и
пространственного масштаба моделируемых процессов [5]. Для конвективных процессов
предусмотрено восемь схем параметризации. Если горизонтальный масштаб менее
Для представления процессов, протекающих в пограничном слое, рассматриваются шесть схем параметризации, применимость которых определяется количеством вертикальных слоев, используемых при моделировании. Расчет температуры и влажности почвы осуществляется на основе одной их четырех предлагаемых схем параметризации. Для моделирования переноса излучения в атмосфере имеется пять схем параметризации. Микрофизика влаги представляется восьмью схемами, имеющими различную степень детализации и область применения.