WRF模式运行及后处理简介-于恩涛

WRF 模式操作指南The Institute of Atmospheric Physics， Chinese Academy of Sciences Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy ofSciences中国科学院大气物理研究所中国科学院东北地理与农业生态研究所二○一七年三月二十日目录1. WRF模式简介 (1)2. WRF模式的安装 (2)2.1 安装环境 (2)2.2 模式源程序 (2)2.3 NetCDF函数库的安装 (2)2.4 标准初始化（SI）的安装 (6)2.5 WRF模式的安装 (9)3. WRF模式与T213模式嵌套 (17)3.1 嵌套方案 (17)3.2 嵌套程序设计 (17)3.3编译嵌套程序 (21)3.4 嵌套的实现 (22)4. WRF模式系统的运行 (29)4.1 理想大气方案 (29)4.2 真实大气方案 (32)5. WRF模式系统作业卡 (47)5.1 源程序 (47)5.2 真实大气方案 (48)6. 模式结果的显示处理 (61)6.1 Vis5D格式 (61)6.2 MICAPS格式 (62)6.2 GrADS格式 (65)附录1. WRF模式参数配置说明 (68)附录 2. T213场库参数表 (78)WRF模式系统安装/调试技术报告1. WRF模式简介WRF(Weather Research Forecast)模式系统是由许多美国研究部门及大学的科学家共同参与进行开发研究的新一代中尺度预报模式和同化系统。

WRF模式系统的开发计划是在1997年由NCAR中小尺度气象处、NCEP的环境模拟中心、FSL 的预报研究处和奥克拉荷马大学的风暴分析预报中心四部门联合发起建立的，并由国家自然科学基金和NOAA共同支持。

现在，这项计划，得到了许多其他研究部门及大学的科学家共同参与进行开发研究。

WRF使用说明范文WRF（Weather Research and Forecasting）是一种常用的大气动力学模型，用于天气预报、气候模拟等气象学研究领域。

本文将介绍WRF的基本原理和使用方法，帮助读者快速上手使用WRF进行天气预报。

一、WRF的基本原理WRF模型是一种通过数值模拟天气系统的大气模式，能够模拟和预报各种尺度的气象现象。

它基于Navier-Stokes方程和热力学原理，通过空间和时间离散化的数值计算方法，模拟大气的物理和动力特性。

WRF模型主要包括动力学核心、物理方案和分辨率配置三个方面。

动力学核心是WRF模型的计算引擎，包括模式的网格结构和求解方程的数值方法。

WRF模型支持三种动力学核心：全谱元谱法（全谱模式）、有限差分法（全局模式）和非均匀格点模型（多尺度模式）。

用户可以根据不同的需求选择合适的动力学核心。

物理方案是WRF模型的参数化方案，用于模拟大气中的各种物理过程。

物理方案包括微物理方案、辐射方案、降水方案、陆地过程方案等。

用户可以根据需要选择合适的物理方案，然后根据具体情况进行相应的参数调整。

分辨率配置是指WRF模型的网格设置，决定了模拟的空间和时间精度。

WRF模型支持多种网格类型，如地理坐标、斜坐标等，并提供了灵活的网格分辨率配置方法。

用户可以根据需要选择合适的网格类型和分辨率，以达到所需的模拟精度。

二、WRF的使用方法1.安装和配置环境2.模型运行和输入数据准备完成安装和配置后，用户可以使用WRF模型进行天气预报。

首先，用户需要准备输入数据，包括初始场和边界场。

初始场包括温度、湿度、风场等参数，可以从观测数据或其它模拟结果中得到。

边界场则包括在模拟区域周边的大气特征，如气压、海温等，通常可以从观测数据或全球模式中获取。

3.WRF模型运行和输出结果分析准备好输入数据后，用户可以运行WRF模型进行天气预报。

运行过程中，用户需要设置模拟的起始时间、模拟区域、物理参数、动力学核心等。

模式及数据介绍1 模式介绍近年来，随着大气科学、计算机技术以及地基与空基遥感技术等多个学科领域的发展，数值天气预报学科也得到了飞跃性的发展。

为了提高中小尺度灾害性天气预报的准确率，近30年的时间里中尺度数值模拟的研究得到了更多的重视。

虽然仍无法避免模式带来的预报误差，但其值已明显的减小。

宁贵财【16】等，采用WRF V3.3.1 中尺度预报模式研究北京地区2012年7月的一次暴雨过程时很好的模拟出了暴雨落区和24小时累积降水量等。

何由【17】等利用WRF 模式采用无嵌套方案模拟青藏高原一次暴雨过程时也较好地模拟出了强降水雨带的位置和中心、降水强度以及降水范围等。

因此WRF中尺度数值预报模式对暴雨过程的模拟时有着良好的效果。

WRF 模式是由美国国家大气研究中心（NCAR）、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）以及天气预报系统实验室（FSL）等研究机构和大学联合开发的新一代高分辨率、非静力平衡的中尺度数值模式，简称WRF（Weather Research and Forecast）【18】。

WRF 模式主要包括四个部分组成：WRF的标准初始化模块（WRF SI）、同化系统（包括三维变分同化）、动力内核以及后处理模块【19】。

模式中动力内核部分可分为ARW（用于科学研究）和NMM（用于业务预报）两种模块。

后处理部分（图形软件）主要对模式的输出结果进行分析并处理，将模式面物理量转换到标准等压面、诊断分析物理场和图形数据转换等，模式流程图见图2.1。

图2.1 WRF 模式流程图2.2 资料介绍本文所用的降水资料为甘肃省加密雨量站实际观测资料。

模式模拟的初始资料采用NCEP （National Centers for Environmental Prediction ）提供的每6小时一次的（经度） 格点的再分析资料【20】。

目前，数值预报被视为最主要的天气预报工具，而数值预报常常被归结为一个初值问题，因此模式初值的改善一直是数值预报本地化研究的重要内容【21】。

WRF模式入门指南WRF（Weather Research and Forecasting）是一种用于天气预报和气候研究的大气模式。

它是由美国国家大气研究中心（NCAR）、美国海洋和大气管理局（NOAA）、五国共同研究中心（UCAR）和其他合作机构共同开发的。

WRF模式具有高分辨率、多尺度、灵活性和可拓展性等特点，可以模拟各种天气系统，从小尺度的雷暴到大尺度的气压系统。

WRF模式的使用可以帮助气象学家、气候学家和环境科学家等研究人员预测天气现象，了解气候变化，并提供有关空气质量、灾害风险和海洋环境等方面的信息。

以下是一个WRF模式的入门指南，帮助初学者开始使用该模式。

安装完成后，你需要创建一个工作目录，并设置WRF模式的运行环境。

这包括设置环境变量和路径，以及配置模型运行参数。

这些信息可以在WRF模式的用户指南中找到，你需要仔细阅读并按照指导进行设置。

在模型运行之前，你需要准备输入数据。

WRF模式的输入数据包括初始条件和边界条件。

初始条件是指在模型开始时的大气状态，通常是由一个初始观测和分析数据集生成的。

边界条件是在模拟区域外部的边界上提供的数据，用于模拟区域和外部大气之间的相互作用。

这些数据可以来自全球或区域的气候模式输出。

一旦你准备好了输入数据，就可以开始运行模型了。

WRF模式提供了多种运行方式，包括单节点运行和并行运行。

单节点运行适用于小规模模拟，而并行运行适用于大规模或高分辨率模拟。

你可以根据自己的需要选择适当的运行方式，并使用相应的命令将模型提交到计算节点上运行。

模型运行完成后，你可以使用WRF模式的后处理工具来分析模拟结果。

这些工具可以帮助你提取和可视化模拟数据，例如气温、风速、降水量等。

你可以使用Python或其他编程语言编写自己的后处理脚本，以满足特定的分析需求。

最后，进行模型验证和评估是非常重要的。

你可以将模拟结果与观测数据进行对比，以评估模型的性能。

这可以帮助你了解模型在不同天气事件中的表现如何，并识别模拟结果中的误差和不确定性。

WRF模式简易操作中文指南WRF模式是一种被广泛应用于大气科学研究和天气预报的数值模式。

它的全称是Weather Research and Forecasting Model，可用于模拟大尺度气象系统和小尺度局地天气现象。

下面是WRF模式简易操作的中文指南。

第一步：安装WRF模式接下来，打开终端或命令提示符窗口，并进入WRF模式的安装目录。

执行configure命令来配置WRF模式的编译选项。

根据你的需求，可以选择编译WRF-ARW（大尺度）或WRF-NMM（小尺度）的版本。

第二步：准备输入数据在运行WRF模式之前，你需要准备一些输入数据，包括大气场初始条件、边界条件和地形数据。

这些数据可以从气象观测和卫星观测中获取，也可以从其他数值模式或数据集中提取。

首先，准备大气场初始条件。

这些数据包括温度、湿度、风速和风向等。

你可以使用观测资料或来自其他数值模式的输出作为初始条件。

将这些数据保存为WRF模式可以识别的格式，通常是WRF输入数据格式（WRF input data format）。

接下来，准备边界条件。

边界条件是模拟区域外部的大气场数据，用于描述模拟区域与周围环境的相互作用。

这些数据通常也可以从观测资料或其他数值模式的输出中提取。

最后，准备地形数据。

地形数据描述了模拟区域的地形高度和地表粗糙度等信息。

在WRF模式中，地形数据以地形高度（terrain height）和地表粗糙度（land-use category）的形式存在。

第三步：配置模拟实验打开namelist.input文件，并根据你的需求修改其中的参数。

这些参数包括模拟起始时间、模拟区域的边界和分辨率、模拟时长和时间步长等。

配置好运行参数后，保存并关闭namelist.input文件。

你还可以创建一个专门的工作目录，并将输入数据和运行参数文件放入其中。

这样可以更好地组织你的模拟实验。

第四步：运行WRF模式运行WRF模式需要调用WRF模式的可执行文件，并指定输入数据和运行参数文件。

WRF模式入门指南WRF（Weather Research and Forecasting）模式是一种流行的天气数值预测模式，可用于预测从小尺度到大尺度的天气过程，并广泛应用于天气预报、气候研究和空气质量模拟等领域。

本文将提供一个WRF模式的入门指南，帮助读者了解WRF模式的基本概念、安装和配置过程以及如何运行和解释模拟结果等内容。

1.WRF模式的基本概念-WRF模式基于有限差分方法，将大气划分为水平上的格点和垂直上的多个层次。

-WRF模式包括多个物理过程模块，如大气动力学、辐射传输、湍流参数化等，通过模拟这些过程来预测天气变化。

-WRF模式可以通过配置不同的参数和物理方案来适应不同的研究需求和预报任务。

2.安装和配置WRF模式-配置编译环境，包括设置环境变量、加载必要的软件库等。

- 运行配置脚本，根据需求选择编译选项，并生成Makefile。

- 编译WRF模式，执行Make命令进行编译。

-安装WRF模式，将编译生成的可执行文件复制到指定目录。

3.WRF模式的运行-准备模拟所需的输入数据，包括初始场、边界条件和外部强迫数据。

- 编写并配置WRF模式所需的输入文件，如namelist.input、namelist.wps等。

-运行WRF预处理系统（WPS），将输入数据处理为WRF模式所需的格式。

- 运行WRF模式，执行wrf.exe或mpirun命令，并指定输入文件。

-监控模拟进程，包括查看日志文件、输出文件以及诊断信息等。

-解释和分析模拟结果，使用可视化工具或编程语言进行后处理和数据分析。

4.WRF模式的结果解释-了解WRF模式输出的主要变量，如温度、湿度、风速、降水等。

-对模拟结果进行验证，与实测数据进行对比，评估模拟的准确性。

-分析模拟结果的时空分布特征，探索天气系统的演变过程。

-使用统计方法和数值模型评估指标，比较不同模拟实验的性能。

-利用后处理工具和编程语言进行进一步分析，如绘制图表、计算气象量等。

WRF 模式运行指南（2006.3.13～2006.3.22）国家气象中心数值预报室（内部资料请勿扩散）二○○六年三月十三日目录1. WRF模式简介 (1)2. WRF模式的安装 (2)2.1 安装环境 (2)2.2 模式源程序 (2)2.3 NetCDF函数库的安装 (2)2.4 标准初始化（SI）的安装 (6)2.5 WRF模式的安装 (9)3. WRF模式与T213模式嵌套 (17)3.1 嵌套方案 (17)3.2 嵌套程序设计 (17)3.3编译嵌套程序 (21)3.4 嵌套的实现 (22)4. WRF模式系统的运行 (29)4.1 理想大气方案 (29)4.2 真实大气方案 (32)5. WRF模式系统作业卡 (47)5.1 源程序 (47)5.2 真实大气方案 (48)6. 模式结果的显示处理 (61)6.1 Vis5D格式 (61)6.2 MICAPS格式 (62)6.2 GrADS格式 (65)附录1. WRF模式参数配置说明 (68)附录2. T213场库参数表 (78)WRF模式系统安装/调试技术报告数值预报室邓莲堂1. WRF模式简介WRF(Weather Research Forecast)模式系统是由许多美国研究部门及大学的科学家共同参与进行开发研究的新一代中尺度预报模式和同化系统。

WRF模式系统的开发计划是在1997年由NCAR中小尺度气象处、NCEP的环境模拟中心、FSL的预报研究处和奥克拉荷马大学的风暴分析预报中心四部门联合发起建立的，并由国家自然科学基金和NOAA共同支持。

现在，这项计划，得到了许多其他研究部门及大学的科学家共同参与进行开发研究。

WRF模式系统具有可移植、易维护、可扩充、高效率、方便的等诸多特性，将为新的科研成果运用于业务预报模式更为便捷，并使得科技人员在大学、科研单位及业务部门之间的交流变得更加容易。

WRF模式系统将成为改进从云尺度到天气尺度等不同尺度重要天气特征预报精度的工具。

模式及数据介绍1模式介绍近年来，随着大气科学、计算机技术以及地基与空基遥感技术等多个学科领域的发展，数值天气预报学科也得到了飞跃性的发展。

为了提高中小尺度灾害性天气预报的准确率，近30年的时间里中尺度数值模拟的研究得到了更多的重视。

虽然仍无法避免模式带来的预报误差，但其值已明显的减小。

宇贵财""等，采用WRF V3.3.1中尺度预报模式研究北京地区2012年7月的一次暴雨过程时很好的模拟出了暴雨落区和24 小时累积降水量等。

何山切等利用WRF模式采用无嵌套方案模拟青藏高原一次暴雨过程时也较好地模拟出了强降水雨带的位置和中心、降水强度以及降水范围等。

因此WRF中尺度数值预报模式对暴雨过程的模拟时有着良好的效果。

WRF模式是山美国国家大气研究中心（NCAR）、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）以及天气预报系统实验室（FSL）等研究机构和大学联合开发的新一代高分辨率、非静力平衡的中尺度数值模式，简称WRF（Weather Research and Forecast）[ul oWRF模式主要包括四个部分组成：WRF的标准初始化模块（WRF SI）、同化系统（包括三维变分同化）、动力内核以及后处理模块⑴】。

模式中动力内核部分可分为ARW （用于科学研究）和NMM （用于业务预报）两种模块。

后处理部分（图形软件）主要对模式的输出结果进行分析并处理，将模式面物理量转换到标准等压面、诊断分析物理场和图形数据转换等，模式流程图见图2.1。

图2.1 WRF模式流程图2. 2资料介绍本文所用的降水资料为日•肃省加密雨量站实际观测资料。

模式模拟的初始资料采用NCEP （National Centers for Environmental Prediction ）卩（纬度）X 1°提供的每6小时一次的'；（经度）格点的再分析资料【如。

LI前，数值预报被视为最主要的天气预报工具，而数值预报常常被归结为一个初值问题，因此模式初值的改善一直是数值预报本地化研究的重要内容W随着模式的不断升级，其同化系统功能不断加强。

WRF 模式操作指南The Institute of Atmospheric Physics， Chinese Academy of Sciences Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences中国科学院大气物理研究所中国科学院东北地理与农业生态研究所二○一七年三月二十日目录1. WRF模式简介 (1)2. WRF模式的安装 (2)2.1 安装环境 (2)2.2 模式源程序 (2)2.3 NetCDF函数库的安装 (2)2.4 标准初始化（SI）的安装 (6)2.5 WRF模式的安装 (9)3. WRF模式与T213模式嵌套 (17)3.1 嵌套方案 (17)3.2 嵌套程序设计 (17)3.3编译嵌套程序 (21)3.4 嵌套的实现 (22)4. WRF模式系统的运行 (29)4.1 理想大气方案 (29)4.2 真实大气方案 (32)5. WRF模式系统作业卡 (47)5.1 源程序 (47)5.2 真实大气方案 (48)6. 模式结果的显示处理 (61)6.1 Vis5D格式 (61)6.2 MICAPS格式 (62)6.2 GrADS格式 (65)附录1. WRF模式参数配置说明 (68)附录 2. T213场库参数表 (78)WRF模式系统安装/调试技术报告1. WRF模式简介WRF(Weather Research Forecast)模式系统是由许多美国研究部门及大学的科学家共同参与进行开发研究的新一代中尺度预报模式和同化系统。

WRF模式系统的开发计划是在1997年由NCAR中小尺度气象处、NCEP的环境模拟中心、FSL 的预报研究处和奥克拉荷马大学的风暴分析预报中心四部门联合发起建立的，并由国家自然科学基金和NOAA共同支持。

现在，这项计划，得到了许多其他研究部门及大学的科学家共同参与进行开发研究。

2020年第9期50计算机应用信息技术与信息化基于python 的WRF 模式后处理研究段 炼* 岳 炼 张展硕 黄洲升DUAN Lian YUE Lian ZHANG Zhan-shuo HUANG Zhou-sheng摘　要 Python 拥有许多扩展包，并各自提供了强大的功能。

wrf-python 作为一种基于python 的气象数据处理工具包，与netCDF4与numpy 等扩展包一同组成了连接WRF 模式结果与可视化的桥梁。

多个工具包为后处理提供了诊断变量提取、数据处理、可视化等能力。

本文对后处理过程中不同阶段做介绍，并对NCL 与python 后处理所需函数进行比对。

通过对后处理阶段不同处理工具、扩展包、函数的比对，为科研工作者进行WRF 模式后处理时由NCL 过渡至python 提供了一定的参考。

关键词 python ；wrf ；后处理；wrf-pythondoi：10.3969/j.issn.1672-9528.2020.09.015* 中国民用航空飞行学院 四川广汉 618307[基金项目] 东南亚海域大气海洋环境数值预报产品APP 发布平台系统二期建设,项目编号：FIOSNYJ2019-0080 引言WRF 模式是进行动力降尺度数值模拟最常用的软件之一[1]。

关于WRF 模式计算出来的.nc 文件，目前常用的分析处理软件包括NCL、MatLab、Python、Grads 等[2-5]。

其中NCL 使用范围最广，NCL 是一门专门为科学数据处理与数据可视化设计的高级语言。

2019年9月，NCAR 官方宣布将不再进行NCL 语言的更新，完全转向python [6]。

这也意味着在不久的将来，python 将会完全替代NCL 进行气象数据分析与可视化的功能。

事实上，现在已经有相当一部分（科研工作人员）转而使用python 语言。

与气象相关较为紧密的几个python 扩展包：numpy、pandas 用于数据分析；matplotlib 用于可视化；netCDF4等[7]用于读取.nc 文件。

WRF物理过程参数化方案简介（WRF V2)1 辐射过程参数化1.1 RRTM长波辐射方案来自于MM5模式，采用了Mlawer等人的方法。

它是利用一个预先处理的对照表来表示由于水汽、臭氧、二化碳和其他气体，以及云的光学厚度引起的长波过程。

1。

2 Dudhia 短波辐射方案来自于MM5模式，采用Dudhia的方法,它是简单地累加由于干净空气散射、水汽吸收、云反射和吸收所引起的太阳辐射通量。

采用了Stephens的云对照表。

1。

3 Goddard短波辐射方案它是由Chou和Suarez发展的一个复杂光学方案。

包括了霰的影响,适用于云分辨模式.1。

4 Eta Geophysical Fluid Dynamics Laboratory（GFDL)长波辐射方案这个辐射方案来自于GFDL。

它将Fels和Schwarzkopf的两个方案简单的结合起来了，计算了二氧化碳、水汽、臭氧的光谱波段.1. 5 Eta Geophysical Fluid Dynamics Laboratory(GFDL) 短波辐射方案这个短波辐射方案是Lacis和Hansen参数化的GFDL版本。

用Lacis和Hansen的方案计算大气水汽、臭氧的作用。

用Sasamori等人的方案计算二氧化碳的作用。

云是随机重叠考虑的。

短波计算用到时间间隔太阳高度角余弦的日平均。

2 微物理过程参数化2。

1 Kessler暖云方案来自于COMMAS模式，是一个简单的暖云降水方案，考虑的微物理过程包括:雨水的产生、降落以及蒸发，云水的增长，以及由凝结产生云水的过程,微物理过程中显式预报水汽、云水和雨水,无冰相过程.2.2 Purdue Lin方案微物理过程中,包括了对水汽、云水、雨、云冰、雪和霰的预报，在结冰点以下，云水处理为云冰,雨水处理为雪。

所有的参数化项都是在L in等人以及Rutledge和Hobbs的参数化方案的基础上得到的，某些地方稍有修改,饱和修正方案采用Tao的方法。

WRF模式在Linux系统下的安装和运行刘凤梅;李杨【摘要】介绍了WRF模式在Linux系统下的调试运行过程,包括模式对计算机的硬件要求、模式的运行环境、相关编译器和函数库的安装,并着重介绍了模式的安装流程、运行流程及运行结果的后处理。

利用WRF模式对四川省凉山州地区进行了中尺度气象模拟,模拟出冬季近地面风场和剖面温度,为进一步的气象分析和大气污染研究提供了数据基础。

%The WRF model in commissioning process under the Linux system, including computer hardware requirements, operating environment, the installation of PGI compilers and NETCDF library, especially the installation, operation and post-processing of the mode were described. The WRF model is used to mesoscale simulate the area of Liangshan Prefecture in Sichuan Province, the simulation＂ results including the near-surface wind and temperature profile, which provides the data base for further meteorological analysis and atmospheric pollution study.【期刊名称】《宁夏农林科技》【年(卷),期】2011(052)012【总页数】3页(P239-241)【关键词】气象学;大气污染;WRF;Linux系统;安装运行【作者】刘凤梅;李杨【作者单位】山西省吕梁市气象局,山西吕梁033200;四川省环境保护科学研究院,四川成都610041【正文语种】中文【中图分类】P468WRF（Weather Research Forecast）模式系统是由美国科学家共同参与开发研究的新一代中尺度天气预报模式和同化系统[1]，该模式为理想化的动力学研究、全物理过程的天气预报以及区域气候模拟提供了1个公用的模式框架，最终将代替那些复杂又落后的区域模式[2]。

WRF 模式操作指南The Institute of Atmospheric Physics， Chinese Academy of Sciences Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences中国科学院大气物理研究所中国科学院东北地理与农业生态研究所二○一七年三月二十日目录1. WRF模式简介 (1)2. WRF模式的安装 (2)2.1 安装环境 (2)2.2 模式源程序 (2)2.3 NetCDF函数库的安装 (2)2.4 标准初始化（SI）的安装 (6)2.5 WRF模式的安装 (9)3. WRF模式与T213模式嵌套 (17)3.1 嵌套方案 (17)3.2 嵌套程序设计 (17)3.3编译嵌套程序 (21)3.4 嵌套的实现 (22)4. WRF模式系统的运行 (29)4.1 理想大气方案 (29)4.2 真实大气方案 (32)5. WRF模式系统作业卡 (47)5.1 源程序 (47)5.2 真实大气方案 (48)6. 模式结果的显示处理 (61)6.1 Vis5D格式 (61)6.2 MICAPS格式 (62)6.2 GrADS格式 (65)附录1. WRF模式参数配置说明 (68)附录2. T213场库参数表 (78)WRF模式系统安装/调试技术报告1. WRF模式简介WRF(Weather Research Forecast)模式系统是由许多美国研究部门及大学的科学家共同参与进行开发研究的新一代中尺度预报模式和同化系统。

WRF模式系统的开发计划是在1997年由NCAR中小尺度气象处、NCEP的环境模拟中心、FSL 的预报研究处和奥克拉荷马大学的风暴分析预报中心四部门联合发起建立的，并由国家自然科学基金和NOAA共同支持。

现在，这项计划，得到了许多其他研究部门及大学的科学家共同参与进行开发研究。