GEN_B — Geração da Matriz de Background de Erro para MPAS-JEDI

Sistema de scripts e documentação para geração da matriz de covariância de erros de background (matriz B) utilizada no sistema de assimilação de dados MPAS-JEDI (BUMP/SABER), desenvolvido no CPTEC/INPE.

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Visão Geral

A matriz B descreve a estrutura espacial e entre variáveis dos erros de background do modelo MPAS-A. Ela é calibrada pelo método NMC a partir de diferenças entre previsões de 24h e 48h válidas para o mesmo instante de análise.

O fluxo completo envolve três etapas principais, executadas nesta ordem:

1. RUN_MODEL      → Gera previsões de 48h com MPAS-A
2. invariant      → Gera a grade vertical do modelo (uma vez)
3. GERA_B/prep    → Pré-processa as perturbações (PTB = F48 − F24)
4. GERA_B         → Calibra a matriz B (VBAL → HDIAG → NICAS → Validação)

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Estrutura do Repositório

GEN_B/
├── FILE_BASE/          # Namelists e streams base usados pelos scripts
│   ├── README.md
│   ├── namelist.wps
│   ├── namelist.init_atmosphere
│   ├── streams.init_atmosphere
│   └── core_atmosphere/
│       ├── namelist.atmosphere
│       ├── streams.atmosphere
│       └── stream_list.atmosphere.*
│
├── RUN_MODEL/          # Download GFS e rodadas MPAS-A (Init + Forecast)
│   ├── README.md
│   ├── baixa_gfs_global.bash
│   ├── master_run.bash
│   ├── run_mpas_atmosphere.bash
│   └── run_mpas_forecast.bash
│
├── invariant/          # Geração do arquivo de grade vertical (executar uma vez)
│   ├── README.md
│   ├── job_invariant.sh
│   ├── namelist.init_atmosphere
│   └── streams.init_atmosphere
│
└── GERA_B/             # Calibração da matriz B
    ├── README.md
    ├── prep/           # Pré-processamento das perturbações
    │   ├── README.md
    │   └── run_prep_pipeline.bash   ← orquestrador do pré-processamento
    ├── 0_link_samples.bash
    ├── 1_run_vbal.bash
    ├── 2a_run_hdiag_var.bash
    ├── 2b_run_hdiag_var_hydrometeors.bash
    ├── 2c_modify_diagnostics.bash
    ├── 3_run_nicas_split.bash
    ├── 4_merge_nicas.bash
    ├── 5_SO.bash
    └── 6_dirac.bash

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Pré-requisitos

Componente	Versão	Uso
MPAS-A	8.2.1	Modelo atmosférico
MPAS-JEDI	—	Assimilação de dados
BUMP/SABER	—	Calibração da matriz B
WPS (ungrib)	—	Processamento GFS
NCL	6.2.2	Interpolação ESMF
ESMF	8.8.0	Pesos de interpolação
NCO	—	Operações NetCDF
MPI	MPICH	Execução paralela

Cluster: Jaci (CPTEC/INPE) — fila PBS (pesqmidi, pesqextra)

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Como executar

1. Gerar previsões MPAS-A

Configure o período e execute:

cd RUN_MODEL/
bash baixa_gfs_global.bash     # baixa dados GFS
bash master_run.bash            # roda Init + Forecast

Consulte RUN_MODEL/README.md para detalhes de configuração.

2. Gerar o invariant (apenas uma vez)

cd invariant/
qsub job_invariant.sh

Consulte invariant/README.md.

3. Pré-processar as perturbações

Executar os scripts individualmente e em ordem, verificando as saídas a cada etapa:

cd GERA_B/prep/
bash 1_generate_ESMF_weights.bash        # pesos de interpolação (apenas uma vez)
bash 2_generate_template_PTB.bash        # template estrutural (apenas uma vez)
bash 3_convert_uv_to_psichi.bash 24      # U/V → ψ/χ para f24
bash 3_convert_uv_to_psichi.bash 48      # U/V → ψ/χ para f48
bash 4_add_variables.bash 24             # adiciona T, q, ps ao f24 (submete PBS)
bash 4_add_variables.bash 48             # adiciona T, q, ps ao f48 (submete PBS)
bash 5_ncdiff.bash                       # PTB = f48 − f24 (submete PBS)

Consulte GERA_B/prep/README.md para detalhes de cada script.

4. Calibrar a matriz B

cd GERA_B/
bash 0_link_samples.bash
bash 1_run_vbal.bash
bash 2a_run_hdiag_var.bash
bash 2c_modify_diagnostics.bash
bash 3_run_nicas_split.bash
bash 4_merge_nicas.bash
bash 5_SO.bash        # validação
bash 6_dirac.bash     # validação

Consulte GERA_B/README.md para a descrição completa de cada etapa.

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Variáveis de controle da matriz B

Variável	Descrição
stream_function	Função de corrente (ψ)
velocity_potential	Potencial de velocidade (χ)
temperature	Temperatura absoluta
spechum	Umidade específica
surface_pressure	Pressão em superfície

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Instituição

CPTEC/INPE — Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
Cachoeira Paulista, SP — Brasil