PCBAT è un modello numerico barotropico disegnato per girare su un comune personal computer.

Il programma consente il controllo da parte dell'utente del campo di input mediante un'analisi oggettiva, ed il controllo dei parametri del modello attraverso

• l'intervallo di tempo (timestep)

• lisciamento (smoothing)

• grafica di sfondo

Una varia scelta di sfondi di tipo mappa rende possibile la possibilità di far girare il programma con le modalità grafiche VGA, EGA e CGA. E' richiesto almeno un microprocessore 8088, ed una scheda CGA. E' fortemente consigliato il coprocessore matematico.

Per inizializzare il campo del geopotenziale, il modello usa un algoritmo di analisi oggettiva sviluppato da Barnes (1973). E' un algoritmo di facile uso e stabile, e consente un numero infinito di lisciamenti e opzioni di filtraggio. Variando i parametri d'ingresso, il campo del geopotenziale può essere lisciato e filtrato in qualunque grado, influenzando l'output del modello. E' prevista anche un'opzione di inizializzazione del modello che fa uso della Balance equation. In effetti, viene utilizzata l'equazione della divergenza soltanto con i termini della velocità verticale posti a zero. Usando questa opzione, il campo dell'altezza è forzato ad un equilibrio con il campo del vento, e i centri di vorticità sono rappresentati dal modello in modo più realistico. Il modello produce un'analisi ed una previsione delle altezze della 500 hPa e della vorticità fino a 36 ore. Vengono anche prodotte variazioni di altezza iniziale e prevista.

Configurazione del programma PCBAT

Vi sono quattro programmi. 

• OA.EXE richiede il file di tracciatura della 500 hPa e produce l'analisi oggettiva.

• PCBAT.EXE è il modello vero e proprio.

• CHANGE.EXE permette di cambiare l'analisi oggettiva ed i parametri d'ingresso del modello.

• BALANCE.EXE calcola il campo dell'altezza usando l'equazione della divergenza.

La condizione al contorno è ottenuta dal campo di altezza effettivo, e quest'ultimo è acquisito usando il metodo del rilasciamento (relaxation). 

Numerosi file di dati accompagnano i programmi.

• ROS.D è la directory delle stazioni di radiosondaggio e contiene latitudini e longitudini di tutte le stazioni meteorologiche che effettuano osservazioni in quota.

• OA.D contiene i parametri di input per l'analisi oggettiva. Entrambi forniscono dati d'ingresso ad OA.EXE.

• BARODATA.O contiene le locazioni in pixel per i punti di griglia del modello.

• PCBAT.D contiene i parametri di input per il modello.

• LETTER.D e NUM.D contengono dati per costruire lettere e numeri usati nella grafica.
  Questi rappresentano dati in ingresso per PCBAT.EXE.

Alcuni aspetti del modello

Il modello barotropico PCBAT gira entro un dominio di modello limitato che racchiude la maggior parte del Canada, degli Stati Uniti, del Messico settentrionale e di parti del Pacifico Orientale e del Golfo del Messico.

E' un modello a punti di griglia, il che significa che vengono utilizzate tecniche di differenze finite per calcolare quantità differenziali. Il modello genererà una previsione ogni 12 ore a partire da un qualsiasi intervallo di tempo scelto dall'utente. L'unico vincolo è che l'intervallo deve essere un multiplo delle 12 ore; come 15 minuti (900 secondi), 2 ore (7200 secondi), ecc. 

Una subroutine di contouring (1987) è inclusa per tracciare il profilo delle altezze, della vorticità e dei valori di variazione dell'altezza. 

Nella modalità VGA, l'utente può selezionare

• una visualizzazione di quattro mappe relative all'analisi e alla previsione a 36 ore

• una singola ampia mappa.

La visualizzazione della singola mappa è l'unica consentita per le modalità EGA e CGA.

La grafica può essere stampata.

Le tendenze dell'altezza sono ottenute risolvendo l'equazione del modello mediante il metodo del rilasciamento successivo.

Una condizione al contorno viene applicata, cioè che dz/dt sia posto a zero ovunque lungo il contorno.

File utilizzati

CHANGE.EXE, selezione del parametro
OA.EXE, analisi oggettiva
PCBAT.EXE, il modello barotropico
BALANCE.EXE, altezze risolte dal campo del vento.

Requisiti del computer

• un computer compatibile IBM

• almeno 384 kb di memoria

• scheda video CGA/EGA/VGA

• consigliato hard disk e coprocessore matematico

Installazione del programma

1. Se si fa girare PCBAT dall'hard disk, copiare i file da entrambi i dischetti nella directory desiderata.

2. Se si fa girare PCBAT da dischetto, copiare il contenuto del disco#1 su un nuovo dischetto. Quindi scegliere l'appropriata mappa di sfondo dal disco#2 e copiarlo sul nuovo dischetto.

3. Se si fa girare PCBAT in tempo reale, il modello dovrebbe girare sul computer hooked into the port sharing device. Il modello può anche girare su dati archiviati.

Esecuzione del programma

Nome del programma: OA.EXE.

Digitare OA, quindi premere il tasto INVIO.

Il programma offre la possibilità di richiedere l'ultimo file di tracciatura dall'AFOS, oppure di caricare un file di tracciatura già archiviato. Per richiedere un file dall'AFOS, rispondere 1 quando il programma fa la richiesta "Request the Latest File from AFOS? 1-yes 2-no ".

Se si sceglie l'opzione 2, quella dei dati precedentemente memorizzati, apparirà sullo schermo il nome del file riferito all'ultimo file di tracciatura della 500 hPa contenuto nel database.  Il nome è del tipo MMDDHH.50S, dove MM è il mese, DD il giorno e HH l'ora del file di tracciatura. Esso è organizzato sequenzialmente. Il programma inoltre mostrerà qualsiasi altro file con l'estensione .50S. L'utente può scegliere di analizzare oggettivamente il file più recente, o può selezionarne qualsiasi altro contenuto nel database digitando l'intero appropriato nome del file.

Il risultato dell'elaborazione è immagazzinato in un file organizzato casualmente che contiene 

• le altezze oggettivamente analizzate

• i fattori di scala della mappa

• il parametro di Coriolis

• le variazioni iniziali di altezza

• le componenti U e V del vento.

Il file ha un nome del tipo MMDDHH.50R. Il nome è memorizzato nel file FILE2.

L'output di questo programma rappresenta l'input di PCBAT. La peculiarità dell'analisi oggettiva consiste nel lisciare e filtrare i dati in relazione ai punti di griglia. La scelta dei parametri influisce sull'ampiezza delle onde. E' preferibile filtrare gli errori nelle altezze, specialmente poiché l'operatore laplaciano è particolarmente sensibile agli errori nel campo delle altezze. Il lisciamento e il filtraggio è controllato mediante due parametri, G e C.

Barnes (1985) suggerisce alcuni valori per G e C che siano appropriati per l'analisi in quota. Essi sono .5 per G e 63000 per C. Poiché l'analisi oggettiva rappresenta un importante passaggio per l'inizializzazione del modello, è corretto provare diversi valori. In linea di massima, la diminuzione dei valori di G e C darà luogo ad ampiezze più alte e ad un minor lisciamento e quindi al passaggio di un maggior numero di errori nelle altezze.

L'esperienza ci dice, come linea di condotta generale, che il range di valori corretti da assegnare a G va da .3 a .8, mentre per C va da 25000 a 100000.

Poiché il metodo del rilasciamento è un potente lisciatore, i valori di G e di C possono essere diminuiti per guadagnare maggiore risoluzione, assumendo che la qualità dei dati è adeguata. Se il modello gira sui dati effettivi di altezza, un maggior lisciamento è consigliabile (valori più elevati di G e C).

Il programma legge questa informazione dal file OA.D. I parametri in OA.D possono essere cambiati usando il programma CHANGE.EXE.

Il programma PCBAT

Per far girare PCBAT, digitare PCBAT seguito dalla pressione del tasto INVIO.

1. Il programma dà la possibilità all'utente di far girare il modello sull'analisi oggettiva più recente, oppure di prelevare un set di dati archiviati. Verrà mostrata anche una schermata in cui appariranno tutti gli altri file con estensione .50R. Per usare i dati analizzati più recentemente, premere INVIO quando il prompt ... Digitare un altro nome di file (per intero) per far girare il programma con i dati precedentemente archiviati.

2. Sono disponibili molte opzioni di controllo del modello e dei suoi elaborati. La mappa di sfondo, la visualizzazione dell'altezza e/o dei dati di vorticità, l'intervallo di tempo del modello, entità del lisciamento e può essere specificato la crescita di errore ammissibile. Il modello riceve queste informazioni dal file PCBAT.D.  I parametri in PCBAT.D possono essere modificati attraverso il programma CHANGE.EXE.

CHANGE

Per far girare CHANGE, digitare CHANGE seguito da INVIO.

1. Il programma abilita l'utente alla modifica dei parametri di input o da OA.D o da PCBAT.D. Per cambiare i parametri di input di OA.EXE, digitare 2 e quindi premere il tasto INVIO. Il programma mostrerà i dati e suggerirà i range di valori che sono più appropriati.

2. Per modificare i parametri, digitare il numero di parametro, una virgola e quindi il nuovo valore seguito dalla pressione del tasto INVIO.

3. Per uscire dal programma, digitare "0,0" e poi il solito INVIO.

BALANCE

Per far girare BALANCE, digitare subito Balance dopo l'avvio di OA.

1. Il programma non accetta nessun input. Esso usa i dati da FILE2 per individuare l'ultimo file analizzato. Le altezze calcolate sono memorizzate nel file ad accesso casuale MMDDHH.50R.