Л.И. Коломеец, С.В. Мостаманди Региональная модель

Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Региональная модель
численного прогноза
погоды и качества
воздуха WRF-CHEM
Л.И. Коломеец
С.В. Мостаманди
1
WRF-Сhem — это численная модель предсказания погоды, которая
подходит как для прогнозирования состояния атмосферы, для
научных исследований, для сравнения результатов моделирования
и наземных измерений
Большая часть модели
реализована на языке fortran с
использованием библиотеки MPI. На C написаны модули для
работы с данными. Модель доступна в исходных кодах.
Национальный Центр по Исследованию Атмосферы
(NCAR)
the National Oceanic and Atmospheric Administration
(represented by the National Centers for Environmental
Prediction (NCEP)
2
WRF используется при решении широкого круга задач в масштабах от сотен
метров до тысяч километров, включая идеализированные течения (например,
LES, конвекция, бароклинные волны), для исследования возможности
применения различных схем параметризации; для сравнения с данными
наблюдений; при численном предсказании погоды в реальном времени. Кроме
того, WRF-модель может использоваться как динамическое ядро в компьютерных
моделирующих системах, предназначенных для исследования переноса примеси
и анализа качества атмосферного воздуха над урбанизированными
территориями.
3
Модель WRF предлагает большое количество схем параметризации, которые можно
совмещать в любом виде. В этой модели рассматриваются различные схемы
представления процессов подсеточного масштаба от простых, эффективных схем
до сложных, требующих трудоемких вычислений, от новых развивающихся до
хорошо испытанных, которые используются в современных рабочих моделях .
Для моделирования микрофизики влаги предлагается восемь схем
параметризации, отличающихся областью применения и детализацией представления
фазовых состояний атмосферной влаги.
Для описания потоков длинноволновой радиации имеются две схемы,
коротковолновой − три схемы
Температура и влажность подстилающей поверхности могут рассчитываться на
основе одной из трех многослойных моделей тепло- и влагообмена в почве. Для
представления параметров планетарного пограничного слоя предлагаются три схемы
параметризации. 3 схемы для параметризации конвективных процессов.
4
•
Для географической привязки используются глобальные топографические
данные различного разрешения – от одного градуса до 30 секунд.
•
Задание первого приближения метеорологических полей реализуется с
помощью архивных данных, либо данных предшествующего прогноза.
•
В качестве архивных данных берутся данные реанализа Национального
центра охраны окружающей среды США (NCEP) или Европейского центра
среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF), глобальные данные НЦАИ,
прошедшие процедуру усвоения, данные регионального анализа и прогноза.
•
Начальные и граничные условия для локальных метеорологических моделей
формируются с использованием данных объективного анализа.
•
Объективный анализ метеорологических полей выполняется на основе
обработки начального приближения метеорологических полей и
синоптических данных, а также данных о геопотенциале, ветре, температуре
и относительной влажности воздуха на изобарических поверхностях.
5
Процесс в общем виде:
•
•
Скачивается набор входных данных (текущее состояние атмосферы).
Запускаетмя модуль препроцессинга, которые состоит из трех программ:
•
geogrid.exe — обрабатывает статические данные (рельеф, типы почвы,
гидрография);
ungrib.exe — распаковывает начальные данные;
metgrid.exe — интерполирует, полученные выше данные, в сетку модели.
•
•
•
Стартует ядро модели, которые с помощью численных методов решает нелинейную
систему дифференциальных уравнений в частных производных. Оно состоит из двух
распараллеленых программ:
•
•
•
real.exe — выполняет вертикальную интерполяцию входных данных;
wrf.exe — разрешающее ядро.
После завершения расчета мы получаем набор данных, т.е. прогноз состояния
атмосферы на несколько суток вперед с дискретизацией в 1 час.
Теперь необходимо обработать эти данные -Для этих целей подключается программа
wrfpost.exe из модуля постпроцессинга.
6
7
Использование
8
Пассивные трассеры WRF-Chem.
•
•
•
•
•
антропогеннные выбросы
пассивный трассер для парниковых газов, только перенос
Антропогенные эмиссии и биосферные потоки
CO2 и CH4
Все пассивные трассеры адвективные
9
10
11
12
Input data come from GFS Final Analyses (0.50×0.50 grid spacing)
http://rda.ucar.edu/datasets/
13
http://ruc.noaa.gov/wrf/WG11/Users_guide.pdf
14
Спасибо за внимание!
15