wrf手册中文

Chapter1:Overview

Introduction

TheAdvancedResearchWRF(ARW)modelingsystemhasbeenindevelopmentforthepastfewyears.ThecurrentreleaseisVersion3,availablesinceApril2008.TheARWisdesignedtobeaflexible,state-of-the-artatmosphericsimulationsystemthatisportableandefficientonavailableparallelcomputingplatforms.TheARWissuitableforuseinabroadrangeofapplicationsacrossscalesrangingfrommeterstothousandsofkilometers,including:

? ? ? ? ? ? ? 简介 AdvancedResearchWRF(ARW)模式系统在过去的数年中得到了发展。最近公布了第三版，从2008年4月开始可供使用。ARW是灵活的，最先进的大气模拟系统，它易移植，并且有效的应用于各种操作系统。ARW适用于从米到成千上万公里尺度的各种天气系统的模拟，它的功能包括： Idealizedsimulations(e.g.LES,convection,baroclinicwaves) Parameterizationresearch Dataassimilationresearch Forecastresearch Real-timeNWP Coupled-modelapplications Teaching ? ? ? ? ? ? ? 理想化模拟（如，LES，对流，斜压波） 参数化研究 数据同化研究 预报研究 实时数值天气预报 耦合模式应用 教学 TheMesoscaleandMicroscaleMeteorologyDivisionofNCARiscurrentlymaintainingandsupportingasubsetoftheoverallWRFcode(Version3)thatincludes: ? ? ? ? ? ? WRFSoftwareFramework(WSF) AdvancedResearchWRF(ARW)dynamicsolver,includingone-way,two-waynestingandmovingnest. TheWRFPreprocessingSystem(WPS) WRFVariationalDataAssimilation(WRF-Var)systemwhichcurrentlysupports3DVARcapability NumerousphysicspackagescontributedbyWRFpartnersandtheresearchcommunity Severalgraphicsprogramsandconversionprogramsforothergraphicstools Andthesearethesubjectsofthisdocument. TheWRFmodelingsystemsoftwareisinthepublicdomainandisfreelyavailableforcommunityuse.

NCAR的中尺度以及微尺度气象部门最近维护以及支持整个WRF（第三版）的代码的子集，其中包括：

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WRF软件框架

AdvancedResearchWRF(ARW)动力求解方法，包括单向，双向嵌套以及移动嵌套 预处理系统

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WRF多种数据同化系统（WRF-Var），该系统还支持3维同化能力 为WRF合作伙伴以及研究论坛提供的数值物理包. 一些画图程序和转换适合其他画图工具的程序

这也是本文档的主题。

WRF模式系统软件现在是公开以及免费使用的。?

?? Asshowninthediagram,theWRFModelingSystemconsistsofthesemajorprograms: TheWRFPreprocessingSystem(WPS)? WRF-Var? ARWsolver? Post-processing&Visualizationtools? 如图所示，WRF模式系统包括如下的主要部分： WRF预处理系统? WRF参数同化系统? ARW求解程序? 后处理以及可视化工具 WPS

Thisprogramisusedprimarilyforreal-datasimulations.Itsfunctionsinclude1)definingsimulationdomains;2)interpolatingterrestrialdata(suchasterrain,landuse,andsoiltypes)tothesimulationdomain;and3)degribbingandinterpolatingmeteorologicaldatafromanothermodeltothissimulationdomain.Itsmainfeaturesinclude:

·GRIB1/2meteorologicaldatafromvariouscentersaroundtheworld

·Mapprojectionsfor1)polarstereographic,2)Lambert-Conformal,3)Mercatorand4)latitude-longitude ·Nesting

·User-interfacestoinputotherstaticdataaswellasmetdata

这个程序的主要用于实时数值模拟。其中包括：1）定义模拟区域；2）插值地形数据（如地势，土地类型，以及土壤类型）到模拟区域；3）从其他模式结果中细致网格以及插值气象数据到此模拟区域。它的主要特点包括：

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GRIB1/2格式全球格点气象数据

地图投影有1）极地投影，2）兰伯特-保角投影，3）麦卡托投影以及4）经纬度投影嵌套 由用户接口输入其他数据及met数据

WRF-Var

Thisprogramisoptional,butcanbeusedtoingestobservationsintotheinterpolatedanalysescreatedbyWPS.ItcanalsobeusedtoupdateWRFmodel'sinitialconditionwhenWRFmodelisrunincyclingmode.Itsmainfeaturesareasfollows. ·????Itisbasedonincrementalvariationaldataassimilationtechnique

·????Conjugategradientmethodisutilizedtominimizedthecostfunctioninanalysiscontrolvariablespace ·????Analysisisperformedonun-staggeredArakawaA-grid

·????AnalysisincrementsareinterpolatedtostaggeredArakawaC-gridanditgetsaddedtothebackground(firstguess)togetfinalanalysisatWRF-modelgrid ·????ConventionalobservationdatainputmaybesuppliedbothinASCIIor“PREPBUFR”formatvia“obsproc”utility ·????Multipleradardata(reflectivity&radialvelocity)inputissuppliedthroughASCIIformat ·????Horizontalcomponentofthebackground(firstguess)errorisrepresentedviarecursivefilter(forregional)orpowerspectrum(forglobal).Theverticalcomponentisappliedthroughprojectionsonclimatologicallygeneratedaveragedeigenvectorsanditscorrespondingeigenvalues ·????Horizontalandverticalbackgrounderrorsarenon-separable.Eacheigenvectorhasitsownhorizontalclimatologicallydeterminedlengthscale ·????PreconditioningofbackgroundpartofthecostfunctionisdoneviacontrolvariabletransformUdefinedasB=UUT ·????Itincludes“gen_be”utilitytogeneratetheclimatologicalbackgrounderrorcovarianceestimateviatheNMC-methodorensembleperturbations ·????AutilityprogramtoupdateWRFboundaryconditionfileafterWRF-Var? 该程序是可选择的，但可用于将观测数据融入到WPS所产生的插值分析中。它还可以在WRF模式处在循环模式运行时，用于更新WRF模式的初始条件.它的主要特点如下： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 它是基于增量变分数据同化技术上而产生出来的 在分析控制变量空间,用共轭梯度法最小化成本函数 非交错的ArakawaA网格分析 增量分析插值到ArakawaC网格,以及附加到背景场（第一猜测场）以得到WRF模式格点的最终分析 通过使用“obsproc”工具,可以输入ASCII或者“PREPEUFR”格式的常规观测数据 复合雷达数据（反射率与雷达速度）以ASCII格式输入 背景场（初估计场）的水平分量误差通过递归滤波器（区域范围）或能量谱（全球范围）表现。垂直分量则通过气候学的平均特征向量以及其对应的特征值反映。 水平与垂直背景场误差是不可分割的。每个特征向量的都有各自的水平气候学尺度。 背景场的预处理函数是通过控制变量转换U，其定义为B=UU^T 它包括通过NMC法或整体摄动法，用“gen_be”程序产生气候学背景场误差协方差估计 在WRF-Var后，用程序更新WRF的边界条件文件 ARWSolver Thisisthekeycomponentofthemodelingsystem,whichiscomposedofseveralinitializationprogramsforidealized,andreal-datasimulations,andthenumericalintegrationprogram.Italsoincludesaprogramtodoone-waynesting.ThekeyfeatureoftheWRFmodelincludes: ·????Fullycompressiblenonhydrostaticequationswithhydrostaticoption ·????Regionalandglobalapplications ·????Completecoriolisandcurvatureterms

·????Two-waynestingwithmultiplenestsandnestlevels ·????One-waynesting

·????Movingnests

·????Mass-basedterrainfollowingcoordinate ·????Verticalgrid-spacingcanvarywithheight ·????Map-scalefactorsfortheseprojections: ??????o????polarstereographic(conformal) ??????o????Lambert-conformal ??????o????Mercator(conformal)

??????o????Latitudeandlongitudewhichcanberotated ·????ArakawaC-gridstaggering

·????Runge-Kutta2ndand3rdordertimeintegrationoptions ·????Scalar-conservingfluxformforprognosticvariables ·????2ndto6thorderadvectionoptions(horizontalandvertical) ·????Monotonictransportandpositive-definiteadvectionoptionformoisture,scalarandTKE ·????Time-splitsmallstepforacousticandgravity-wavemodes: ??????o????smallstephorizontallyexplicit,verticallyimplicit ??????o????divergencedampingoptionandverticaltimeoff-centering ??????o????external-modefilteringoption ·????UpperboundaryaborptionandRayleighdamping ·????Lateralboundaryconditions ????????o????idealizedcases:periodic,symmetric,andopenradiative ????????o????realcases:specifiedwithrelaxationzone ·????Fullphysicsoptionsforland-surface,planetaryboundarylayer,atmosphericandsurfaceradiation,microphysicsandcumulusconvection ·????Gridanalysisnudgingusingseparateupperairandsurfacedataandobservationnudging ·????Spectralnudging ·????Digitalfilterinitialization ·????Gravitywavedrag ·????Anumberofidealizedexamples 这是模式系统的关键组成部分，它由几个理想化，实时同化以及数值积分的初始化程序组成。它还包括了一个单向嵌套的程序。WRF模式的关键特征有： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 完全可压缩非静力方程带有一个静力选项 区域以及全球的应用 完整的科氏力以及曲率的条件 带有多重嵌套和嵌套层次的双向嵌套 单向嵌套 移动嵌套 地形跟随质量坐标 垂直格点大小随高度变化而变化 地图投影方案 ????极地立体投影（保角映射） ????兰伯特保角投影 ????麦卡托（保角）投影 ????经纬度旋转投影 ArakawaC格点 Runge-Kutta二阶三阶时间积分 标量保守通量预测变量 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 二阶到六阶平流选项（水平与垂直） 单调传输以及正定平流选项的水汽，标量，TKE 分时小步长的声波以及重力波模式 小步长水平显显式，垂直隐式 辐散阻尼选项和垂直时间 外部模式滤波选项 上边界吸收以及瑞利Rayleigh阻尼 侧边界条件 ????理想化个例：周期边界，对称边界以及开放辐射 ????真实个例：指定的开放区域 完整的物理选项：陆面，行星边界层，大气与表面辐射，微物理与积云对流 使用上层空气与地表数据以及观测数据格点分析 光谱分析 初始化数字滤波器 重力波拖拽 数个理想化例子 GraphicsandVerificationTools Severalprogramsaresupported,includingRIP4(basedonNCARGraphics),NCARGraphicsCommandLanguage(NCL),andconversionprogramsforotherreadilyavailablegraphicspackages:GrADSandVis5D. ProgramVAPOR,VisualizationandAnalysisPlatformforOcean,Atmosphere,andSolarResearchers(),isa3-dimensionaldatavisualizationtool,anditisdevelopedandsupportedbytheVAPORteamatNCAR(vapor@ucar.edu). ProgramMET,ModelEvaluationTools(),isdevelopedandsupportedbytheDevelopmentalTestbedCenteratNCAR(met_help@ucar.edu). Thedetailsoftheseprogramsaredescribedmoreinthechaptersinthisuser'sguide. 图形与验证工具 该部分包括了：RIP4,NCAR图形命令语言（NCL），以及为使用其他作图软件包：GrADS以及Vis5D的转换程序。 VAPOR程序，海洋，大气，太阳研究的可视化以及分析平台，是一个三维数据可视化工具，由NCAR的VAPOR工作组开发与维护。 MET程序，由NCAR的DTC工作组开发与维护。 这些程序的详细信息会在以后的章节进一步介绍。 Chapter3:WRFPreprocessingSystem(WPS) Chapter3:WRFPreprocessingSystem(WPS) 翻译by:SJ TableofContents ?InstallingtheWPS ?RunningtheWPS

?CreatingNestedDomainswiththeWPS ?UsingMultipleMeteorologicalDataSources ?ParallelismintheWPS ?CheckingWPSOutput ?WPSUtilityPrograms ?CreatingandEditingVtables

?DescriptionofNamelistVariables ?DescriptionofGEOGRID.TBLOptions ?DescriptionofindexOptions