關(guān)于修改WRF下墊面信息的方法 -

春天一條蟲 2011-06-19

展開全文

關(guān)于修改WRF下墊面信息的方法

最近在和朋友一起學(xué)習(xí)修改WRF的下墊面來做相關(guān)的敏感性試驗，雖然目前只是學(xué)到很表面的知識，但還是把筆記（其中也包括我的疑問）先寫出來，等以后對這方面有了更深理解后再進一步完善。如果下面對這方面知識有理解錯誤的話，請大家批評指正* w" K+ P3 r. k; o; ?
氣象,數(shù)值,模式,氣象數(shù)值模式,數(shù)值模式,氣象模式,海洋模式,氣候模式,WRF,MM5,Grapes,HYCOM,LICOM,同化,集合預(yù)報,模式聯(lián)盟,模式論壇, m7 F/ z! y# E; X" v$ T% {
一，WRF下墊面信息的原理7 z9 D: c! D0 }2 d# M8 e
WRF的下墊面信息和地形高度等都是從WPS的geogrid.exe開始進行的，所用的原始資料是NASA的1X1km的USGS數(shù)據(jù)（除非有自己的資料則另當(dāng)別論），而其它低分辨率的資料則是從這個高分辨率數(shù)據(jù)中提取出來的，這些資料里面就包括了土地利用率的信息。當(dāng)WRF在生成模擬區(qū)域時，不但會插值地形高度，同樣還會把土地利用的信息進行提取。下面先對WRF對下墊面信息判定的過程進行簡單描述：
1，土地利用率及最主要的土地類型：模擬區(qū)域的相關(guān)參數(shù)設(shè)定好后，WRF將對區(qū)域各格點進行土地利用率的插值及計算" _! {; B* b# ]
                              主導(dǎo)土地類型。首先是某一格點的土地利用率，所用變量是LANDUSEF，這是一個四維變量，各維數(shù)分
                              別是（time，24-category，lat，lon），當(dāng)然其中的time其實是基本不會變的。這個變量的意思  t* Q6 j: v" m  x  O) r) i
                              是，在某一格點上都會有24種土地分類，每一類對應(yīng)了一個土地利用率，大小從0.0～1.0不等，但這
                              24個數(shù)值加起來為1.0；另外WRF還會根據(jù)這個利用率計算出這個格點的一個主導(dǎo)土地類型，所用變量氣象,數(shù)值,模式,氣象數(shù)值模式,數(shù)值模式,氣象模式,海洋模式,氣候模式,WRF,MM5,Grapes,HYCOM,LICOM,同化,集合預(yù)報,模式聯(lián)盟,模式論壇8 {1 q- f% ?" s2 n- b
                              LU_INDEX，它的是值是1～24中任何一個數(shù)，即24種土地類型中的一種，計算的原則大體如此，當(dāng)一
                              格點上水（category=16）的覆蓋率超過50%，則這個格點的主導(dǎo)類型就是水，如果小于50%，則這個氣象,數(shù)值,模式,氣象數(shù)值模式,數(shù)值模式,氣象模式,海洋模式,氣候模式,WRF,MM5,Grapes,HYCOM,LICOM,同化,集合預(yù)報,模式聯(lián)盟,模式論壇' g) _8 O+ Q7 c/ n' X) b6 I
                              格點的主導(dǎo)類型將是除了水以外利用率最大的那個類型。后面，WRF將根據(jù)LU_INDEX所標(biāo)定的土地類. x- i  U2 D5 k$ R% u
                              型及相關(guān)的參數(shù)來進行后邊的某些變量的計算，如果用RIP畫關(guān)于土地利用的圖時，LU_INDEX是關(guān)鍵 Meteorological Numerical Model Union of China (MNMUC) 中國氣象數(shù)值模式聯(lián)盟" e) j3 q$ s2 N/ S5 `, b
2，判斷是否為陸地的陸地：之所以成為陸地的陸地，是因為陸地也分多種，如濕地、湖泊等，前兩者就是陸地的陸地，而后
                     一種就是陸地的水體，依據(jù)是上面提到的土地利用率(LANDUSEF)，所用變量是LANDMASK，當(dāng)為1時是陸
                     地，為0是水，特別的在目前USGS-24的土地分類中第16類water bodies被用來作為水體。（對于這個變量的
                     意義或用處，目前我還不太了解）
3，判斷是否為海：所用變量為LANDSEA，1為陸地，0or2為海，但這個變量并沒有出現(xiàn)在geo_em.d0N.nc里，' b' n$ z0 X  Z& G. o
而是出現(xiàn)在metgrid.exe后的met_em.d0N.nc里，具體原因和用處我也無法解釋1 h( I: D- p' X. Q" m
二，修改方法
當(dāng)對下墊面的原理有了個大致了解后，就可以進行下墊面信息的修改了，因為LU_INDEX，LANDMASK和LANDSEA之類的變量都是從LANDUSEF中計算得來的，所以我們要改的有如下三個變量，即LANDUSEF->LU_INDEX->LANDMASK
舉例來說，如果想把一片湖（LU_INDEX=16）（如洪澤湖）改成耕田（LU_INDEX=3），需要做如下幾步：1 d( ]2 B6 |$ a
1，要把原來洪澤湖區(qū)域內(nèi)所有格點上LANDUSEF在第16維的百分比由原來的數(shù)值（可能為1.0）改成0.0，氣象,數(shù)值,模式,氣象數(shù)值模式,數(shù)值模式,氣象模式,海洋模式,氣候模式,WRF,MM5,Grapes,HYCOM,LICOM,同化,集合預(yù)報,模式聯(lián)盟,模式論壇# |# C: B. f1 V( o% g* d
而第3維由原來的數(shù)值（可能為0.0）改成1.0，當(dāng)然，其它各維也要改成0.0。
2，LU_INDEX由原來的數(shù)值（可能為16）改成3氣象,數(shù)值,模式,氣象數(shù)值模式,數(shù)值模式,氣象模式,海洋模式,氣候模式,WRF,MM5,Grapes,HYCOM,LICOM,同化,集合預(yù)報,模式聯(lián)盟,模式論壇! [8 i5 Q! L. d5 C+ c+ Z' H
3，LANDMASK由原來的數(shù)值（可能為0）改成1: b- e0 g/ X0 x5 ]
當(dāng)然，上面各個參數(shù)的原始數(shù)值最好用ncdump來查查看# s( `  o& S1 A' ~' o: D
三，缺點$ A" H( u+ L7 R
如果用上述方法來修改下墊面信息的話，主要有如下2個缺點：
1，沒有從根本解決問題。之所以這樣說是因為WRF所生成的各個下墊面信息變量的根本依據(jù)是USGS的靜態(tài)數(shù)據(jù)，
如果能從靜態(tài)數(shù)據(jù)里修改是最根本也是最理想的方法，如果是這樣，那也就不用再修改之后的LU_INDEX及其它變量了。
但是這種方法最大的困難是工作量大且復(fù)雜，由于時間和能力有限，我沒有嘗試過，如果有朋友會，希望不吝賜教
2，沒有修改土壤信息，由于土地利用的改變，使得當(dāng)?shù)氐那闆r與實際不再相符，如某一種類型的土壤適合生長相應(yīng)Meteorological Numerical Model Union of China (MNMUC) 中國氣象數(shù)值模式聯(lián)盟3 a, U, j9 x5 p' Z" r  ^1 b
一種類型的植物，現(xiàn)在我們?nèi)藶樾薷暮蟮耐恋乩盟鶎?yīng)的植物其實對應(yīng)的是另一種土壤，最理想的就是當(dāng)修改土地利
用后，也要給其配上相應(yīng)的土壤，但這也是復(fù)雜的，我目前也沒有涉及到鑒于上面兩個缺點，當(dāng)用上面修改完后的靜態(tài)信氣象,數(shù)值,模式,氣象數(shù)值模式,數(shù)值模式,氣象模式,海洋模式,氣候模式,WRF,MM5,Grapes,HYCOM,LICOM,同化,集合預(yù)報,模式聯(lián)盟,模式論壇" b# H: I; D4 y  d4 _3 X
息進行模擬所取得的效果就只能達到用（1）中提到的方法的60～70%了
四、進一步的工作2 n6 j0 U# G# ?1 U: S+ V
1，盡可能達到第三節(jié)中的效果
2，當(dāng)想人為創(chuàng)造出一個不包含在24類土地類型的類型時，學(xué)會修改相應(yīng)的tbl文件氣象,數(shù)值,模式,氣象數(shù)值模式,數(shù)值模式,氣象模式,海洋模式,氣候模式,WRF,MM5,Grapes,HYCOM,LICOM,同化,集合預(yù)報,模式聯(lián)盟,模式論壇" ^, x$ \# H' Q* K- p+ n5 ]& ?- Q) K
五、工具- F# y( E0 g) Q/ q9 E0 l
修改下墊面信息下載：http://www./thread-229-1-1.html' z$ D9 q, M! c" S$ @* m6 i
六、驗證
把北京主城區(qū)（第一幅圖）改成耕田（第二幅圖）