wrf手册中文

Chapter1:OverviewIntroductionTheAdvancedResearchWRF(ARW)modelingsystemhasbeenindevelopmentforthepastfewyears.ThecurrentreleaseisVersion3,availablesinceApril2008.TheARWisdesignedtobeaflexible,state-of-the-artatmosphericsimulationsystemthatisportableandefficientonavailableparallelcomputingplatforms.TheARWissuitableforuseinabroadrangeofapplicationsacrossscalesrangingfrommeterstothousandsofkilometers,including:Idealizedsimulations(e.g.LES,convection,baroclinicwaves)ParameterizationresearchDataassimilationresearchForecastresearchReal-timeNWPCoupled-modelapplicationsTeaching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：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SeveralgraphicsprogramsandconversionprogramsforothergraphicstoolsAndthesearethesubjectsofthisdocument.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：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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-VarARWsolverPost-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WPSThisprogramisusedprimarilyforreal-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：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-VarThisprogramisoptional,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ARWSolverThisisthekeycomponentofthemodelingsystem,whichiscomposedofseveralinitializationprogramsforidealized,andreal-datasimulations,andthenumericalintegrationprogram.Italsoincludesaprogramtodoone-waynesting.ThekeyfeatureoftheWRFmodelincludes:·Fullycompressiblenonhydrostaticequationswithhydrostaticoption·Regionalandglobalapplications·Completecoriolisandcurvatureterms·Two-waynestingwithmultiplenestsandnestlevels·One-waynesting·Movingnests·Mass-basedterrainfollowingcoordinate·Verticalgrid-spacingcanvarywithheight·Map-scalefactorsfortheseprojections:opolarstereographic(conformal)oLambert-conformaloMercator(conformal)oLatitudeandlongitudewhichcanber