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WRFDA运行流程学习

2019-06-10
renql

最近想着用WRFDA《数据同化》的作业,因此了解了一下 WRFDA。
其实除了WRFDA外,还有 全球/区域同化预报系统 Global/Regional Assimilation and Prediction System (简称 GRAPES,葡萄),是我国气象局自主研发的数值预报系统,1999年开始研发,截至2017年产品数量已增至70种,包括23种欧洲中期天气预报中心所没有的但在内地气象预报业务中有需求的产品

参考资料

  • WRF_user_guide_v4
  • http://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/wrfda/index.html
  • 发现百度百科关于数据同化的解释还蛮专业的

数据同化简介

数据同化是一种将观测数值天气预报结果(第一次猜测或背景预测)及其各自统计误差相结合的技术,以得到对大气真实情况的估计,也就是得到再分析资料
变分同化通过指定罚函数的迭代最小化来实现这一点。分析情况与观测(或模式)间的差异根据其感知到的误差进行修正。
三维同化与四维同化的区别在于后者采用了数值预报模型。

感觉百度百科对数据同化的解释比较好理解:

数据同化是一种最初来源于数值天气预报,为数值天气预报提供初始场的数据处理技术。已广泛应用于大气海洋领域。
数据同化的主要任务——将各种不同来源,不同误差信息,不同时空分辨率的观测资料融合进入数值动力模式,依据严格的数学理论,在模式解与实际观测之间找到一个最优解,这个最优解可以继续为动力模式提供初始场,以此不断循环下去,使得模式的结果不断地向观测值靠拢,提高模型预测能力。

数据同化的应用:

  1. 融合站点观测、模式预报、卫星资料,生成再分析数据
  2. 快速更新的区域预报系统
  3. 模式本地化运行

WRFDA是一个统一的模型空间数据同化系统,可以全球或区域,多模型,3/4D-Var。其组成及各组成间的联系如图所示

WRFDA的三维变分的编译与运行

用WRFDA做四维变分同化时,需要先安装WRFPLUS,该模式含有简单WRF模式的切线性算子,然后再安装WRFDA
其中用于四维变分同化的执行程序 da_wrfvar.exe也适用于三维变分同化,这样就不用编译两次了。
四维变分的计算成本比三维高,可以并行运算

下面是适用于三维变分的编译

./configure wrfda
./compile all_wrfvar >& compile.out

Successful compilation will produce 44 executables: 43 of which are in the var/build directory and linked in the var/da directory, with the 44th, obsproc.exe, found in the var/obsproc/src directory.

前期准备

观测数据的处理

需要用到的数据有

  • A namelist file (namelist.obsproc)
  • An observation error file (obserr.txt)
  • One or more observation files (LITTLE_R格式,基于文本形式)(关于该格式的介绍可以看这里
  • Optionally, a table for specifying the elevation information for marine observations over the US Great Lakes (msfc.tbl)

观测数据处理的命令如下

cd $WRFDA_DIR/var/obsproc
cp namelist.obsproc.3dvar.wrfvar-tut namelist.obsproc # 随后可以修改该文件的参数
./obsproc.exe >& obsproc.out  

最后会得到一个 ASCII文件,可以直接vi查看文件内容,也可以用WRF自带的ncl脚本画图查看,脚本地址 $TOOLS_DIR/var/graphics/ncl/plot_ob_ascii_loc.ncl,该文件包需要去这里下载。 http://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/wrfda/download/tools.html
关于观测数据预处理的详细介绍可以看 官网的这个ppt

开始同化

需要用到的数据有:

  • WRF first guess file (NETCDF), output from either WPS/real.exe (wrfinput) or a WRF forecast (wrfout)
  • Observations (in ASCII format, PREPBUFR or BUFR for radiance), output from obsproc.exe
  • A background error statistics file (containing background error covariance), in binary format, created by WRFDA gen_be utility or generic CV3

修改 namelist.input 文件后,就可以 ./da_wrfvar.exe >& wrfda.log 运行了,运行成功后会生成 wrfvar_output 文件,这可以作为WRF新的初始场。

The file namelist.output.da (which contains the complete namelist settings) will be generated after a successful run of da_wrfvar.exe. The settings appearing in namelist.output.da, but not specified in your namelist.input, are the default values from $WRFDA_DIR/Registry/registry.var.

随后还需要 ./da_update_bc.exe 来更新边界文件 wrfbdy_d01,这样就可以用 ./wrf.exe 进行基于同化场的数值预报。


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