編者按：這是新開(kāi)的一個(gè)系列，有時(shí)間會(huì)逐步將WRF官方培訓(xùn)的ppt挑選個(gè)人認(rèn)為重要的進(jìn)行翻譯，以及結(jié)合個(gè)人的使用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行一些解釋。由于個(gè)人水平有限，難免會(huì)出現(xiàn)偏差和錯(cuò)誤，歡迎斧正。

本篇內(nèi)容來(lái)源于WRF官網(wǎng)2021年的培訓(xùn)ppt：Application of WRF: How to Get Better Performance。

WRF作為成熟的區(qū)域中尺度氣象模式，文檔齊全且教程詳細(xì)，對(duì)于用戶較為友好，但是想要獲得一個(gè)好的模擬結(jié)果，需要注意很多地方，

1 模擬區(qū)域domain設(shè)置

模擬區(qū)域不能太小，否則模擬結(jié)果基本為全球模式側(cè)邊界的強(qiáng)迫結(jié)果，無(wú)法自由發(fā)展出模式本身的中小尺度信息，一般網(wǎng)格數(shù)不能小于100×100（其中邊界網(wǎng)格10）。

模式區(qū)域的邊界附近應(yīng)該避免劇烈的地形變化，例如邊界不要設(shè)置在青藏高原上。

感興趣的地區(qū)應(yīng)該盡量設(shè)置在domain的中心，避免靠近邊界。

基于大區(qū)域 (a) 和小區(qū)域(b)?模擬12小時(shí)的250hPa 風(fēng) (m s-1) ，模擬區(qū)域太小則中小尺度過(guò)程無(wú)法自由發(fā)展。?(Warner, 2011)

2 初始化和spin-up預(yù)熱過(guò)程

模擬結(jié)果的好壞很大程度取決于初始場(chǎng)(IC)的質(zhì)量。

要了解初始場(chǎng)的數(shù)據(jù)來(lái)源，比如初始場(chǎng)來(lái)源于預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、再分析數(shù)據(jù)或者氣候數(shù)據(jù)。

對(duì)初始場(chǎng)數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行檢查，如土地利用數(shù)據(jù)landuse是否符合實(shí)際，如有更高質(zhì)量的土地利用數(shù)據(jù)可以進(jìn)行替換。

模式啟動(dòng)的前幾個(gè)小時(shí)，一般有一個(gè)預(yù)熱過(guò)程，動(dòng)力場(chǎng)和熱力場(chǎng)在調(diào)整中，氣壓場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)“噪音”，前幾小時(shí)模擬的降雨也基本不可信。

3?側(cè)邊界條件

包括WRF在內(nèi)的所有區(qū)域模式，人為引入的側(cè)邊界(LBC)是制約模式性能的一個(gè)重要因素。

側(cè)邊界可能會(huì)導(dǎo)致許多負(fù)效果，以下幾點(diǎn)可減少或避免側(cè)邊界導(dǎo)致的負(fù)效果：

側(cè)邊界盡可能避免強(qiáng)強(qiáng)迫；

應(yīng)使用分辨率一致的輸入數(shù)據(jù)；

盡可能使用高時(shí)間分辨率的側(cè)邊界數(shù)據(jù)，即3小時(shí)間隔比6小間隔更好；

應(yīng)盡可能使用交互邊界。

4 網(wǎng)格分辨率及其影響

dx>10km：需要使用積云對(duì)流參數(shù)化方案。

10km>dx>5km:?灰色區(qū)域(Grey Zone), 是否使用積云對(duì)流參數(shù)化方案仍沒(méi)有共識(shí)，可以嘗試使用GF、MSKF等尺度自適應(yīng)的積云方案。個(gè)人建議分辨率的設(shè)置可以避開(kāi)5~10km。

dx=3km：云解析，也即能顯示表達(dá)積云的分辨率，此時(shí)不需要深對(duì)流的積云參數(shù)化方案。

dx=100m~1km:?對(duì)大部分模擬需要開(kāi)啟行星邊界層(PBL)參數(shù)化方案，但此時(shí)不僅可以關(guān)閉深對(duì)流積云參數(shù)化方案，還可以關(guān)系淺對(duì)流的積云參數(shù)化方案(當(dāng)然500m以上還需開(kāi)啟淺對(duì)流)。

dx=30m：大渦模擬(large-eddy simulation, LES)所需的分辨率，不需要行星邊界層(PBL)參數(shù)化方案。湍渦可由模式的顯式處理(加上表層和次網(wǎng)格的湍流方案）。平流方案最好使用單調(diào)/非osciallaory選項(xiàng)(adv_opt ≥ 2)。

5 模式層和頂層高度

如果模式頂層為50hPa，則模式層最少設(shè)置為30層或更多。

如果模式頂層為1hPa(約45~50km)，則模式層最少設(shè)置為60層或更多。

高于30hPa的部分，臭氧的作用逐漸凸顯，輻射方案可選RRTMG或CAM。

對(duì)于低于50hPa的部分，垂直網(wǎng)格距dz<1000m。

水平分辨率越高，那么垂直層數(shù)應(yīng)該越大，確保dz<dx，滿足大氣薄層近似。

6 復(fù)雜地形

地形過(guò)于陡峭(>45°)容易導(dǎo)致模式計(jì)算不穩(wěn)定。可以進(jìn)行如下設(shè)置增強(qiáng)穩(wěn)定性：

可以在namelist.inputd的domain部分，增大epssm參數(shù)，從0.1-0.5甚至更大，對(duì)聲波進(jìn)行阻尼，增加模式穩(wěn)定性。

對(duì)于大的斜坡地形，設(shè)置diff_opt=2。

對(duì)于3.6及其以后的版本，可以同時(shí)設(shè)置diff_opt=2和km_opt=4以增強(qiáng)模式穩(wěn)定性。

7 物理參數(shù)方案的選擇

WRF模式中，存在眾多次網(wǎng)格過(guò)程需要使用物理參數(shù)方案進(jìn)行表達(dá)，而每種物理參數(shù)化方案都有很多種選項(xiàng)，其不同的排列組合使得選項(xiàng)太多。

關(guān)于物理參數(shù)化方案，以后有時(shí)間再展開(kāi)介紹，以下粗略提幾點(diǎn)：

給定一套參數(shù)化方案組合，對(duì)于不同的地區(qū)、domain大小、時(shí)間以及關(guān)注的天氣現(xiàn)象，其模擬結(jié)果是不同的，沒(méi)有哪種方案組合是完美的。

可以根據(jù)研究對(duì)象確定重要的參數(shù)化方案再進(jìn)行挑選，如對(duì)于臺(tái)風(fēng)，可能積云對(duì)流和微物理方案更重要。

建議根據(jù)個(gè)人的具體應(yīng)用，結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，選定一些參數(shù)化方案組合進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證哪種參數(shù)化方案組合對(duì)重點(diǎn)關(guān)注的天氣現(xiàn)象模擬最好。

最后，WRF的使用者應(yīng)該時(shí)刻牢記以下幾點(diǎn)：

模擬結(jié)果受到很多因素的影響，如模擬區(qū)域的設(shè)置(水平和垂直的)、輸入的數(shù)據(jù)(包括氣象場(chǎng)和靜態(tài)數(shù)據(jù))、側(cè)邊界條件等；

模式是存在缺陷的，對(duì)于某些具體天氣過(guò)程是無(wú)法得到好的模擬結(jié)果的，人為引入了側(cè)邊界；

找到模式何處存在偏差是非常重要的。

掃描下方二維碼，關(guān)注氣海同途公眾號(hào)，獲取更多大氣海洋數(shù)值模式相關(guān)內(nèi)容。

?

參考：

https://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/tutorial/presentation_pdfs/202101/chen_better_performance.pdf

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的WRF系列教程1：WRF如何得到更好的模拟结果？的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

如果覺(jué)得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。