WRF系列教程1：WRF如何得到更好的模拟结果？
編者按：這是新開的一個系列，有時間會逐步將WRF官方培訓的ppt挑選個人認為重要的進行翻譯，以及結合個人的使用經(jīng)驗進行一些解釋。由于個人水平有限，難免會出現(xiàn)偏差和錯誤，歡迎斧正。
本篇內容來源于WRF官網(wǎng)2021年的培訓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，對于用戶較為友好，但是想要獲得一個好的模擬結果，需要注意很多地方，
1 模擬區(qū)域domain設置
模擬區(qū)域不能太小，否則模擬結果基本為全球模式側邊界的強迫結果，無法自由發(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)域的邊界附近應該避免劇烈的地形變化，例如邊界不要設置在青藏高原上。
感興趣的地區(qū)應該盡量設置在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小時的250hPa 風 (m s-1) ，模擬區(qū)域太小則中小尺度過程無法自由發(fā)展。?(Warner, 2011)
2 初始化和spin-up預熱過程
模擬結果的好壞很大程度取決于初始場(IC)的質量。
要了解初始場的數(shù)據(jù)來源，比如初始場來源于預報數(shù)據(jù)、再分析數(shù)據(jù)或者氣候數(shù)據(jù)。
對初始場數(shù)據(jù)的質量進行檢查，如土地利用數(shù)據(jù)landuse是否符合實際，如有更高質量的土地利用數(shù)據(jù)可以進行替換。
模式啟動的前幾個小時，一般有一個預熱過程，動力場和熱力場在調整中，氣壓場會出現(xiàn)“噪音”，前幾小時模擬的降雨也基本不可信。
3?側邊界條件
包括WRF在內的所有區(qū)域模式，人為引入的側邊界(LBC)是制約模式性能的一個重要因素。
側邊界可能會導致許多負效果，以下幾點可減少或避免側邊界導致的負效果：
側邊界盡可能避免強強迫；
應使用分辨率一致的輸入數(shù)據(jù)；
盡可能使用高時間分辨率的側邊界數(shù)據(jù)，即3小時間隔比6小間隔更好；
應盡可能使用交互邊界。
4 網(wǎng)格分辨率及其影響
dx>10km：需要使用積云對流參數(shù)化方案。
10km>dx>5km:?灰色區(qū)域(Grey Zone), 是否使用積云對流參數(shù)化方案仍沒有共識，可以嘗試使用GF、MSKF等尺度自適應的積云方案。個人建議分辨率的設置可以避開5~10km。
dx=3km：云解析，也即能顯示表達積云的分辨率，此時不需要深對流的積云參數(shù)化方案。
dx=100m~1km:?對大部分模擬需要開啟行星邊界層(PBL)參數(shù)化方案，但此時不僅可以關閉深對流積云參數(shù)化方案，還可以關系淺對流的積云參數(shù)化方案(當然500m以上還需開啟淺對流)。
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/非osciallaory選項(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)應該越大，確保dz<dx，滿足大氣薄層近似。
6 復雜地形
地形過于陡峭(>45°)容易導致模式計算不穩(wěn)定。可以進行如下設置增強穩(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，對聲波進行阻尼，增加模式穩(wěn)定性。
對于大的斜坡地形，設置diff_opt=2。
對于3.6及其以后的版本，可以同時設置diff_opt=2和km_opt=4以增強模式穩(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)格過程需要使用物理參數(shù)方案進行表達，而每種物理參數(shù)化方案都有很多種選項，其不同的排列組合使得選項太多。
關于物理參數(shù)化方案，以后有時間再展開介紹，以下粗略提幾點：
給定一套參數(shù)化方案組合，對于不同的地區(qū)、domain大小、時間以及關注的天氣現(xiàn)象，其模擬結果是不同的，沒有哪種方案組合是完美的。
可以根據(jù)研究對象確定重要的參數(shù)化方案再進行挑選，如對于臺風，可能積云對流和微物理方案更重要。
建議根據(jù)個人的具體應用，結合文獻調研的基礎上，選定一些參數(shù)化方案組合進行對比，驗證哪種參數(shù)化方案組合對重點關注的天氣現(xiàn)象模擬最好。
最后，WRF的使用者應該時刻牢記以下幾點：
模擬結果受到很多因素的影響，如模擬區(qū)域的設置(水平和垂直的)、輸入的數(shù)據(jù)(包括氣象場和靜態(tài)數(shù)據(jù))、側邊界條件等；
模式是存在缺陷的，對于某些具體天氣過程是無法得到好的模擬結果的，人為引入了側邊界；
找到模式何處存在偏差是非常重要的。
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參考：
https://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/tutorial/presentation_pdfs/202101/chen_better_performance.pdf
總結
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？的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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