BOLAM e MOLOCH - Info sui modelli


BOLAM e MOLOCH sono due modelli numerici di mesoscala creati e sviluppati dal gruppo di modellistica numerica (MODAT) del CNR-ISAC di Bologna per diversi scopi: dalla ricerca in campo della fisica della atmosfera, al supporto per campagne di misura atmosferica internazionali. fino alle previsioni operative a fini di protezione civile.
Il MODAT mantiene ed aggiorna costantemente i due modelli, sia in termini di correzione del codice, sia implementandone nuove funzionalità e curando l'emissione di periodici aggiornamenti.

BOLAM è il primo modello sviluppato dall'ISAC a partire dagli anni '90: è un modello idrostatico che integra le equazioni primitive con parametizzazione dei cumuli. A fine 2017 è stato unificato con GLOBO, versione globale del modello, e quindi è in grado di simulare l'atmosfera su di un ampio spettro di risoluzioni, che a seconda delle esigenze e delle risorse di calcolo, possono andare da circa 15-20 km a livello globale fino a 5-6 km su aree limitate.

MOLOCH, invece, è un modello non idrostatico e tratta la convezione in maniera esplicita (senza la parametrizzazione dei cumuli), è adatto quindi a simulazioni ad alta e altissima risoluzione orizzontale (anche inferiore al km). Ad inizio del 2018 è stata aggiunta la possibilità di effettuare il nesting diretto nei dati dei modelli globali e in se stesso. 

Da Marzo 2017 il Consorzio LaMMA, grazie ad una collaborazione tecnico-scientifica con l'ISAC, fa girare operativamente e per scopi di ricerca BOLAM e MOLOCH sulle proprie macchine di calcolo, con differenti configurazioni e dati iniziali e al contorno.

 

Configurazione dei modelli al LaMMA

La configurazione di BOLAM che abbiamo implementato si basa su di una griglia regolare lat-lon a 0.094 x 0.07 gradi di risoluzione (circa 8 km alle nostre latitudini) con 50 livelli verticali su di un dominio che copre tutta l’area mediterranea. 

Questa configurazione, che copre un'area molto vasta, serve sia per avere una visione "sinottica" dell'evoluzione del tempo sia per alimentare modelli ad alta risoluzione.

La configurazione di MOLOCH che abbiamo impostato si basa su di una griglia regolare lat-lon a 0.034 gradi x 0.024 gradi di risoluzione (circa 2.5km alle nostre latitudini) con 50 livelli verticali, su di una area che copre la penisola italiana.
Questa configurazione, che copre giocoforza un'area relativamente ristretta, seppur comprendente tutta la penisola italiana, serve per la previsione di alto dettaglio dei fenomeni di mesoscala (es. convenzione).

Nella tabella seguente sono riassunte le principali informazioni sul dominio di calcolo del BOLAM e del MOLOCH.

Modello Risoluzione Dominio Numero punti (NXxNY) Numero di livelli verticali
BOLAM

0.094 x 0.070 gradi
(circa 8km)

Lat: 28.0; 56.6 -- Lon: -20.0; 44.8

690x410 50
MOLOCH 0.034 x 0.024 gradi
(circa 2.5 km)
Lat: 34.2; 49.6 -- Lon: 2.4; 19.6 498x626 50


I dati di analisi e di condizioni al contorno sono ottenuti dai seguenti modelli: 

  • modello globale GFS (Global Forecasting System) del National Center for Env Prediction (NCEP) a 0.25 gradi di risoluzione.
  • modello globale IFS (Integrated Forecasting System) del European Centre for Medium Range Weather Forecasting (ECMWF) a 0.125 gradi di risoluzione.

Con il BOLAM vengono effettuate 2 corse al giorno (00 e 12 UTC) con i dati GFS con un orizzonte temporale di previsione di 120 ore per la corsa delle 00 e di 132 ore per la corsa delle 12 in modo di avere sempre 5 giorni completi di previsione.

Con il MOLOCH vengono effettuate 4 corse al giorno (00, 06, 12 e 18 UTC) con ognuna delle due inizializzazioni (GFS e IFS), per un totale di 8 corse al giorno, con un orizzonte temporale di previsione di 48 ore per la corsa delle 00, 42 ore per la corsa delle 06, 60 ore per la corsa delle 12 e 54 ore per la corsa delle 18, in modo da effettuare 2 giorni completi di previsione per tutte le corse.

I modelli utilizzano le condizioni al suolo (temperatura e umidità) generate dalla corsa precedente in un processo chiamato di hot-start.

Nella seguente tabella sono schematizzate le informazioni riguardo le corse e le relative inizializzazioni dei modelli.

Modello Risoluzione Dati corsa 00 corsa 06 corsa 12 corsa 18
BOLAM 7 km

GFS 0.25 deg

120 ore - 132 ore -
MOLOCH 2.5 km

GFS 0.25 deg

48 ore 42 ore 60 ore 54 ore
MOLOCH 2.5 km IFS-ECMWF 0.12 deg 48 ore 42 ore 60 ore 54 ore

 

Orario di disponibilità delle mappe sul sito web

La seguente tabella indica l'orario approssimativo di disponibilità delle mappe sul sito web del LaMMA.

Attenzione: le mappe dei modelli sono ottenute direttamente dalle uscite dei modelli, i valori previsti sono soggetti ad errori derivanti da molteplici fattori (insufficiente conoscenza delle condizioni iniziali, approssimazioni utilizzate nei modelli); inoltre questi errori tendono a crescere con il tempo.

Le mappe possono essere utilizzate liberamente per scopi scientifici o divulgativi citando la fonte (si veda il disclaimer). 
Orario di disponibilità delle varie corse sul web (UTC*)
  corsa 00 corsa 06 corsa 12 corsa 18
BOLAM_GFS 6:00 - 18:30 -
MOLOCH_GFS 5:30 11:00 18:00 23:40
MOLOCH_IFS 8:00 13:30 21:00 2:00

* orario UTC: aggiungere 1 ora durante ora solare, 2 ore durante ora legale.

 

Tempi di calcolo

Come ordine di grandezza riportiamo un semplice confronto tra i tempi di calcolo dei modelli ad alta risoluzione che attualmente girano sul cluster di calcolo del LaMMA: il WRF, e l'analoga corsa del MOLOCH.
Come si può vedere dalla seguente tabella, il MOLOCH, seppur utilizzato ad una risoluzione leggermente più alta, su di un dominio leggermente più ampio, con meno processori, è decisamente più veloce.

Modelllo Risoluzione Dominio (NXxNY) Livelli Verticali Time-step Numero di processori utilizzati * Tempo di calcolo x 24 ore di simulazione (minuti)
WRF 3 km 400x440 50 20 106 / 108 44
MOLOCH 2.5 km 498x626 50 22.5 96 / 108 17

* non vengono utilizzati tutti i processori a disposizione (108) perchè alcuni vengono dedicati alla creazione degli output run-time, inoltre MOLOCH ha dei vincoli da rispettare che dipendono dal numero di punti del dominio e quindi utilizza meno processoridi WRF.

 

Link e approfondimenti

Una descrizione generale dei modelli MOLOCH e BOLAM è disponibile sul sito del CNR-ISAC, dove è anche possibile consultare una pagina dedicata alla verifica operativa delle performance dei modelli.
Maggiori dettagli riguardo alle specifiche tecniche del BOLAM possono essere trovate qui.
Maggiori dettagli riguardo alle specifiche tecniche del MOLOCH possono essere trovate qui.

Ultimo aggiornamento: 21/05/2018