WRF进阶：使用Grid Nudging同化Upper-air

值得注意的是，在 WRF 模式中，两种方法同化的变量不同，Grid Nudging 中默认同化的变量包括水平风、位温和水汽混合比，Spectral Nudging 中默认同化水平风、位温和位势高度。Nudging是一种应用较为广泛的同化方法，通过在控制方程中加上强迫项，逐渐把模式状态向观测状态逼近。由于我的模拟时间为一个月，并没有达到气候的程度，且当前ERA5再分析资料的upp-air层次已经十分

什么都不会的张同学

2514人浏览 · 2024-01-04 16:38:48

什么都不会的张同学 · 2024-01-04 16:38:48 发布

Nudging

Nudging是一种应用较为广泛的同化方法，通过在控制方程中加上强迫项，逐渐把模式状态向观测状态逼近。这些强迫项相对于方程中的各项量级较小，保证了在每个积分步长中各物理量之间的动力平衡（Stauffer D R, Seaman N L. 1990）。

WRF提供三种Nudging方法。包括两种Analysis Nudging（使得结果逼近再分析资料），和Observation Nudging（使结果逼近与观测资料）

两种Analysis Nudging方案，分别为Grid Nudging和Spectral Nudging。Grid Nudging 是使用格点对格点的松弛强迫项逐步逼近分析场。Spectral Nudging通过设置波数进行滤波，保留大尺度波动，滤掉小尺度的波动，从而将模拟状态不断靠近大尺度驱动状态，较好地减小大尺度误差。值得注意的是，在 WRF 模式中，两种方法同化的变量不同，Grid Nudging 中默认同化的变量包括水平风、位温和水汽混合比，Spectral Nudging 中默认同化水平风、位温和位势高度。Spectral Nudging 可以较好地减少气候漂移，而Grid Nudging则保证结果更接近于已有的再分析资料。

详细的总结可参见：WRF nudging同化小结介绍的很详细。我这里给个简单的Grid Nudging实例。

目的

由于我的模拟时间为一个月，并没有达到气候的程度，且当前ERA5再分析资料的upp-air层次已经十分准确，我只想在模拟时打开grid nudging选项，使得模拟的大尺度场保持合理。

Gird nudging设置

Nudging设置主要是在namelist.input的&ffda下，可以在WRF user guide第五章中查看其意义与设置。

其中Grid Nudging和Spectral Nudging只需在&fdda中设置即可，而Observation Nudging则需要准备观测资料，并使用OBSGRID模块生成OBS资料。

nudging可分为两个层次：upper-air层的同化与surface层同化，两者需要单独设置namelist.input。

本次只在upper-air层进行grid nudging设置。

namelist.input设置

/
 &fdda
 grid_fdda                           =1, !打开upp-air层的grid-nudging
 gfdda_inname                        = "wrffdda_d<domain>" !ffdda输入的文件名
 gfdda_interval_m                    =360 !再分析资料时间间隔
 gfdda_end_h                         =6   !同化间隔
 io_form_gfdda                       =2    ! 同化文件格式,2为nc
 fgdt                               =0,    !0为每一步长都同化
 if_no_pbl_nudging_uv               =1,     !1关闭边界层同化，0开启边界层同化，下同
 if_no_pbl_nudging_t                =1,
 if_no_pbl_nudging_q                =1,
 guv                                =0.0003
 gt                                 =0.0003
 gq                                 =0.0003
 dtramp_min                         =0,
 grid_sfdda                         =0, !关闭surface的nudging

注意点：

gfdda_interval_m ， io_form_gfdda ，gfdda_end_h 后不要加逗号，否则会报错
gfdda_inname一定要记得设置，否则会告诉你缺失auxinput10
gfdda_end_h 最好与输入的再分析资料时间间隔相同
设置完后，运行real.exe，会生成wrfinput_d文件和wrffddda_文件，再运行wrf.exe即可。

参考

1.Stauffer D R, Seaman N L. 1990. Use of four-dimensional data assimilation in a limited-area mesoscale model.Part Ⅰ: Experiments with synoptic-scale data[J]. Mon.Wea. Rev., 118(6): 1250–1277. DOI:10.1175/1520-0493(1990)118