大氣狀態是非線性的，對初值極其敏感，即使數值模式是完美的且收斂于真實狀態，初始狀態的微小改變，積分后誤差也會變得很大。

因此，初始場的準確度直接關系到數值模式的預報效果，為得到良好的數值預報結果，數十年來氣象學家一直致力于發展能夠提高和改善初始場的技術，即資料同化技術。

WRFDA作為應用廣泛的資料同化系統，無論是在科研中，還是業務工作中都有廣泛的用途。

由于衛星觀測的優勢，目前各國的資料同化業務化系統中，衛星資料的數量基本是占據第一位。本篇參考WRFDA官網和用戶手冊，梳理了WRFDA三維變分同化的衛星輻射率資料的運行流程，供初學者參考。

官網提供了個例測試數據，可在氣海同途公眾號后臺回復“WRFDA測試數據”獲取百度云鏈接。該測試數據的介紹可查看往期文章：WRFDA教程：三維變分同化。

1、 直接同化和間接同化

目標函數：

觀測增量：yo - H(x)

（1）直接同化

常規觀測yo（u, v, t, q等）， H(x)觀測算子將模式變量（u, v, t, q等）插值到觀測地點。

衛星輻射率yo，H(x)觀測算子，具體為輻射傳輸模式，比如CRTM, RTTOV等，將模式變量轉化為模擬的輻射率。

（2）間接同化

將衛星輻射率資料反演成常規觀測，比如反演的溫度、濕度廓線等。

直接同化和間接同化的主要區別，在于資料是否是經過反演后再同化。

2、 輻射傳輸模式

（1）輻射傳輸模式

衛星探測到的是經下墊面發射和反射到大氣層頂的輻射信息，直接同化將模式變量正演成觀測的輻射量，需要用到相應的觀測算子，即輻射傳輸模式(Radiative Transfer Models，RTM)。

一般將背景場（模式模式）的溫度、水汽廓線和水凝物（云信息）作為輻射傳輸模式的輸入，經過計算得到輻射率，比如亮溫。

（2）RTTOV和CRTM

應用最廣泛的兩個輻射傳輸模式：

（1）RTTOV，由 ECMWF ?和 UKMET 開發。

（2）CRTM（Comnuity Radiative Transfer Model）由美國衛星資料同化聯合研究中心（JCSDA）針對紅外、紫外、可見光和微波等衛星數據的同化而開發。目前安裝WRFDA時，默認會同時編譯CRTM。

namelist選項RTM_OPTION(1 for RTTOV, the default, and 2 for CRTM)

（3）下載CRTM系數

（1）WRFDAV4.0以及之前的版本

https://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/wrfda/download/crtm_coeffs_2.2.3.tar.gz

（2）WRFDAV4.1以及以后的版本

https://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/wrfda/download/crtm_coeffs_2.3.0.tar.gz

3、3DVar同化輻射率

（1）建立文件夾

mkdir 3dvar_rad cd 3dvar_rad

（2）準備數據和執行文件

WRFDA_DIR=~/DA/WRFDA # WRFDA的安裝目錄DATA_DIR=~/DA/testdata # 個例數據存放的文件夾CRTM_DIR=~/DA/crtmdata/crtm_coeffs_2.3.0
ln -sf $WRFDA_DIR/run/LANDUSE.TBL .ln -sf $WRFDA_DIR/var/build/da_wrfvar.exe .ln -sf $DATA_DIR/be/be.dat .
ln -sf $DATA_DIR/ob/2008020512/ob.ascii .ln -sf $DATA_DIR/rc/2008020512/wrfinput_d01 ./fgcp $DATA_DIR/namelist.input.3dvar namelist.input
ln -sf $DATA_DIR/ob/2008020512/gdas1.t12z.1bamua.tm00.bufr_d ./amsua.bufrln -sf $DATA_DIR/ob/2008020512/gdas1.t12z.1bamub.tm00.bufr_d ./amsub.bufrln -sf $WRFDA_DIR/var/run/radiance_info ./radiance_info ln -sf $WRFDA_DIR/var/run/VARBC.in ./VARBC.in ln -sf $CRTM_DIR ./crtm_coeffs #CRTM only

注：和同化常規觀測相比，主要增加了三類文件：

• 輻射率數據 (BUFR format)：amsua.bufr和amsub.bufr

• radiance_info?(文件夾，包括了各個傳感器通道數等信息)

• VARBC.in（偏差訂正相關）

（3）修改namelist

&wrfvar4use_amsuaobs = trueuse_amsubobs = true/&wrfvar14rtminit_nsensor=6,rtminit_platform=1,1,1,1,1,1,rtminit_satid=15,16,18,15,16,17,rtminit_sensor=3,3,3,4,4,4,thinning_mesh=120.0,120.0,120.0,120.0,120.0,120.0,thinning=true,qc_rad=true,write_iv_rad_ascii=false,write_oa_rad_ascii=true,rtm_option=2,only_sea_rad=false,use_varbc=true,crtm_coef_path='./crtm_coeffs'/

注：如果WRFDA為4.0以后的版本，namelist.input的time_contral部分，增加force_use_old_data=T

（4）運行

mpirun -np 4 ./da_wrfvar.exe

日志和錯誤信息可以查看rsl.out.xxxx和rsl.error.xxxx文件。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的WRFDA教程：3DVar同化卫星辐射率资料的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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