В настоящее время для исследования и прогноза локальных атмосферных процессов, протекающих над ограниченной территорией, используются мезомасштабные метеорологические модели, которые опираются на трехмерные нестационарные уравнения гидротермодинамики атмосферы и параметризацию атмосферных процессов (потоков коротковолновой и длинноволновой радиации, конвективных процессов, пограничного слоя, микрофизики влаги, турбулентности атмосферы, тепло- и влагообмена в подстилающей поверхности). Компьютерная реализация таких алгоритмов основана на применении нетривиальных вычислительных алгоритмов и высокопроизводительных вычислительных ресурсов. В крупных мировых центрах (NCAR, EPA, ECMWF, NERC) для исследования атмосферных процессов созданы и свободно распространяются исходные коды программ моделей такого уровня. Использование таких моделей в России ограничено. Это обусловлено, с одной стороны, недостаточным распространением вычислительных ресурсов, а с другой - отсутствием специалистов разного профиля. Поэтому актуальным становится создание открытой информационно-вычислительной системы (ИВС), опирающейся на использование современных моделей для исследования физико-химических процессов, протекающих в пограничном слое атмосферы над ограниченной территорией. Также, немаловажным является аспект доступности ИВС для широкого круга пользователей. Как результат совместных усилий сотрудников Института Оптики Атмосферы и Томского Государственного университета был создан портал АТМОС.

Портал АТМОС представляет собой интегрированный набор множества распределенных, но координируемых предметных сайтов, содержащих типовую информацию с исследовательскими базами данных, моделями и аналитическим инструментарием для прямого использования и визуализации данных. Каждый предметный сайт является отображением информационной системы средствами Интернет-технологий. Все вычисления производятся на многопроцессорной вычислительной машине с распределенной памятью (кластере) ИОА СОРАН. Полная функциональность портала обеспечивается только для зарегистрированных пользователей.

В портал входят:

1. Сайт "Атмосферная химия" ориентирован на решение задачи по определению концентраций химических компонент атмосферы для замкнутых и открытых сосредоточенных химических систем.

2. Сайт "Атмосферная спектроскопия" представляет данные об уровнях энергии молекул, параметрах спектральных линий, спектральных функциях и позволяет проводить расчет коэффициентов поглощения в однородной среде и находить полуширины спектральных линий молекулы воды.

3. Сайт "Атмосферный аэрозоль" представляет оптические характеристики аэрозоля и микрофизику аэрозоля.

4. Сайт "Атмосферная радиация" используется для вычисления радиационных потоков и изучения влияния аэрозоля, облаков и малых составляющих атмосферы на радиационный режим.

5. Сайт "Климат" предоставляет возможность расчетов на климатической модели ИВМ РАН, мезомасштабных моделях MM5 и WRF.

Предлагаемый электронный образовательный ресурс предназначен для подготовки специалистов, бакалавров и магистров по специальностям «Математика», «Механика», «Метеорология» и «Экология и природопользование». Виртуальный лабораторный практикум предлагается студентам старших курсов ММФ и ГГФ, изучившим дисциплины «Компьютерные науки», «Методы вычислений», «Современные методы решения больших задач на суперкомпьютерах». Практикум опирается на разрабатываемый ТГУ совместно с Институтом оптики атмосферы СО РАН исследовательский и образовательный электронный ресурс – информационно-вычислительную систему «Климат» веб-портала ATMOS (http://climate.atmos.iao.ru), которая развивается при поддержке РФФИ (№ 04-07-90219). ИВС «Климат» включает использование современных моделей метеорологии и переноса примеси, созданных в Национальном центре атмосферных исследований США и в ТГУ. Модели позволяют во всех подробностях воспроизводить погодные условия и качество атмосферного воздуха над выбираемой пользователем территорией и для различных исторических дат с различным масштабом – от города до области. ИВС снабжена понятным пользовательским интерфейсом, расчеты проводятся на вычислительном кластере Института оптики атмосферы СО РАН. В результате расчетов пользователь получает большой объем информационного материала – цветные карты распределения физических величин, которые по своему усмотрению может использовать при анализе моделируемой ситуации и подготовке аналитического отчета. Электронный образовательный ресурс, разработанный сотрудниками ММФ и ГГФ ТГУ и ИОА СО РАН, сопровождается комплексом виртуальных лабораторных работ, позволяющих получить навыки использования современных программных продуктов в области математического моделирования метеорологии и охраны окружающей среды. Предлагаемый электронный образовательный ресурс находится в открытом доступе. После регистрации любой пользователь интернет получает возможность работы с виртуальным лабораторным практикумом.

Дополнительная информация о работе с порталом АТМОС, специфике моделей MM5 и WRF, а также примеры использования этих моделей в условиях города Томска можно найти в следующих статьях:

1. Лаврентьев Н.А., Старченко А.В., Беликов Д.А., Фазлиев А.З., Организация работы с моделью ММ5 в рамках интернет-портала ATMOS // Труды Всероссийской научной конференции "Научный сервис в сети Интернет: технологии распределенных вычислений, 2005", 2005, С. 251-252.

2. Беликов Д.А. Вражнов Д.А. Лаврентьев Н.А. Старченко А.В, Фазлиев А.З., Использование моделирующих систем MM5 и WRF в веб-портале ATMOS // Измерения, моделирование и информационные ресурсы для изучения окружающей среды, Томск, Из-во ЦНТИ, 2006, С. 36-41.

3. Старченко А.В., Беликов Д.А., Вражнов Д.А., Есаулов А.О., Применение мезомасштабных моделей MM5 и WRF к исследованию атмосферных процессов // Оптика атмосферы и океана, 2005, Т. 18, № 5, С. 455-461.

4. Гордов Е.П., A. DeRudder, Лыкосов В.Н., Фазлиев А.З., Fedra K., Веб портал АТМОС как основа для выполнения интегрированных исследований по окружающей среде Сибири // Вычислительные Технологии, 2004, Т. 9, С. 3-13.

5. Старченко А.В., Численное исследование локальных атмосферных процессов // Вычислительные технологии, Спец. выпуск, 2005, Т. 10, С. 81-89.

6. Козодоева Е.М., Лаврентьев Н.А., Фазлиев А.З., Информационные ресурсы для обеспечения исследований атмосферного аэрозоля // Вычислительные технологии, Спец. выпуск, 2005, Т. 10, В. 2, С. 20-31.

7. Беликов Д.А., Старченко А.В., Исследование образования вторичных загрязнителей (озона) в атмосфере г. Томска // Оптика атмосферы и океана, 2005, Т. 18, № 5, С. 435-443.