【WRF理论第二期】运行模型的基础知识

官方介绍-Basics for Running the Model

本博客主要针对官方教程说明进行翻译并总结。

1 Basics for Running the Model

WPS（WRF Preprocessing System）:

• Geogrid.exe从外部数据源获得的静态地理数据创建地面数据（可以下载，将在案例研究中讨论）。
  主模块ungrib.exe将GRIB气象数据（从外部来源获得）解压缩，并将其打包为intermediate中间文件格式。
  主模块Metgrid.exe将气象数据水平插入模型域。metgrid.exe的输出被用作WRF主模块的输入(通过real.exe程序)。

WRF Model：

• Real.exe将数据垂直插入到模型坐标中。
• Wrf.exe生成模型预测。

2 Geogrid程序

geogrid的目的是定义模拟区域，将大量的陆地的数据集插值到模式格点。

模拟区域是用户在namelist里面的geogrid部分给定的。除了计算每个点的经纬度，地图放大系数之外，geogrid还插值土壤类别，土地利用率，地形高度，年平均深层土壤湿度，逐月的植被覆盖度，逐月的反射率，最大雪反射率，默认的模式格点的斜坡类别。
每个场的全球数据集都是通过wrf下载页面提供的，由于这些数据是时间不变的，所以只需要下载一次。其中一些数据集只有一种分辨率，但其他数据集可作为“全分辨率”下载和“低分辨率”下载提供。可以使用表文件GEOGRID.TBL将新的或附加的数据集插值到模拟区域。GEOGRID.TBL文件定义了由geogrid生成的每个场；它描述要用于场的插值方法，以及该场的数据集在文件系统上的位置。

2.1 Geogrid

这只是基本步骤的简要描述——旨在帮助您理解这个过程。如果你目前没有数据，或者你想运行模拟，你可以等到稍后的“案例研究”部分再尝试执行。

步骤1：下载陆地输入数据（Terrestrial Input Data）

步骤2：为您的特定区域设置，编辑 namelist.wps 文件中 &share 和 &geogrid 部分。
plotgrids运行。在运行gegrid .exe之前，请确保您的域名在正确的位置：

ncl util/plotgrids.ncl

步骤3：运行geogrid.exe（输出格式为“geo_em.dxx. nc”` -每个域一个文件）

./geogrid.exe

2.2 Terrestrial Input Data

官方数据下载界面-WPS V4 Geographical Static Data Downloads Page
需要创建一个目录来存放下载的tar文件，并在该目录中解压缩。

这些数据在所有的NCAR Cheyenne机器上都是可用的，因此不需要下载或复制数据到您的工作区域。要使用这些数据，你需要做的就是在namelist.wps文件中设置 geog_data_path 参数为：

/glade/u/home/wrfhelp/WPS_GEOG

3 Ungrid程序

ungrib程序读取grib气象文件（GRIB1 和 GRIB2），“解压”数据，并以一种称为中间格式的简单格式写入数据。

“解压”数据是通过WPS namelist名称列表的“share”和“ungrib”部分控制的。

GRIB文件包含随时间变化的气象场，这通常来自另一个区域或全球模式。
ungrib提供了三种用户可选择的格式之一编写中间数据文件：

• WPS（一种包含对下游程序有用的附加信息的新格式）
• SI（wrf系统以前的中间格式）
• 和MM5格式，它包含在这里，这样ungrib就可以用来为MM5模式系统提供、GRIB2的输入场。

虽然建议使用WPS格式，但是WPS可以使用这三种格式中的任何一种来初始化WRF.

3.1 Ungrid

这只是基本步骤的简要描述——旨在帮助您理解这个过程。如果你目前没有数据，或者你想运行模拟，你可以等到稍后的“案例研究”部分再尝试执行。

步骤1：下载数据并将其放在唯一的目录中（不必将数据放在唯一的目录中，但为了维护组织，建议将数据放在唯一的目录中）。
获取输入数据通常是用户的责任，但是，有关数据类型和可用性的一些细节可以通过单击顶部导航栏的data选项卡找到。

步骤2：熟悉数据（Familiarize Yourself with the Data）

你对所使用的数据了解得越多，当出现问题时就越容易理解错误。要显示有关GRIB数据的信息，有各种可用的工具。

• 工具1：WPS工具
  在WPS/util目录中有两个工具可以查看GRIB数据——g1print.exe和g2print.exe(用于GRIB1和GRIB2数据)。这些实用程序打印文件中数据的字段、级别和日期列表。

• 工具2：其它工具
  1、从GRIB文件中查看数据信息，wgrib工具也非常方便。
  wgrib (http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/wesley/wgrib.html):
  wgrib2 (http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/wesley/wgrib2/):
  2、grib2ctl工具可用于以梯度为单位显示GRIB1数据。
  http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/wesley/grib2ctl.html

步骤3：(使用UNIX命令ln)连接正确的虚函数表
例如，如果你使用的是GFS数据，输入:

ln -sf ungrib/Variable_Tables/Vtable.GFS Vtable

步骤4：链接(使用提供的脚本link_grib.csh)输入的GRIB数据

./link_grib.csh path_to_data

步骤5：编辑名字列表的&share和&ungrib部分。wps文件。只需要关注以下参数:

 start_date ; end_date ; interval_seconds ; prefix

注意：通常情况下，人们会将“前缀（prefix）”设置为“文件”，除非在可能覆盖数据的情况下。

步骤6：运行ungrib.exe（输出为中间文件，格式为:YYYY-MM-DD_hh -每次一个文件）

./ungrib.exe

步骤7：熟悉中间文件（Familiarize yourself with the intermediate files）
与GRIB数据文件一样，最好知道/理解写入中间文件的内容。
可用程序：rd_intermediate.exe
这个实用程序位于WPS/util/目录中。
给定命令行中一个中间格式文件的名称，rd_intermediate.exe程序会打印出文件中包含的字段的信息，例如：

./util/rd_intermediate.exe FILE:2005-08-28_00

3.2 Intermediate Files

字段作为二维的水平数据块写入到中间文件。每个水平板包含单个变量的单个水平(即500 mb RH，表面T等)。任意多个水平的slab都可以写入到一个文件中。给定文件中的slab不一定都来自相同的数据源，也不一定都位于相同的网格或地图投影上，但它们都应该同时表示有效的数据。

每个文件包含同一时间的数据。文件名由一个前缀（理想情况下，但不一定是表示数据源）组成，后跟一个冒号，然后是一个格式为YYYY-MM-DD_HH的时间戳。

这些文件被写入为未格式化的FORTRAN记录。对于每个水平数据slab，会写入若干记录。记录的数量取决于中间文件的版本。这些记录中的典型信息是：

• 版本号
• 所有类型的网格数据共有的信息
• 特定于表示的特定网格类型的信息
• 一个二维的数据块

中间文件格式最初是为MM5模型开发的。由于它易于使用，这种文件格式已经传递给WRF建模系统。为了满足额外的需求，目前正在使用这种格式的各种版本。WPS包可以读取所有不同版本的数据，因此使用旧的中间文件格式的用户仍然可以将这些数据作为WPS的输入。名称列表中的一个开关。WPS file (out_format)使用户可以控制作为输入的版本。

• WPS格式(outformat = “WPS”)
• WRFSI格式(outformat = “SI”)
• MM5格式(outformat = “MM5”)

3.3 Required Fields

4 Metgrid程序

metgrid程序将ungrib程序提取的中间格式气象数据水平插值到geogrid程序定义的模拟区域中。
插值的metgrid输出可以被WRF real程序接收。metgrid将按照在WPS namelist文件的“share”字段中定义的日期范围进行插值，并且必须在namelist中分别为每个模拟子区域的指定日期范围。
由于metgrid程序的工作与ungrib程序的工作都是依赖于时间的，因此每次初始化新的模拟时都要运行metgrid。

参考