WRF模式及WRF维变分同化系统在BMB应用报告.docVIP

WRF模式及WRF三维变分同化系统在BMB应用报告 范水勇 仲跻芹 WRF三维变分同化系统（WRFvar）经NCAR/MMM科学家的不断研发，在同时兼容MM5和WRF两个模式数据接口的基础上，比MM5三维变分同化系统（MM53dvar）增加了许多新的技术，如加入了新的地面资料同化方法（sfc-assi-options=2），可同化更多的地面观测资料；支持多种控制变量的配置(cv-option=2/3/4/5)，满足区域和全球模式的需求；集成新的背景场误差计算软件（gen_be），可以结合本模式生成更优的背景场；支持MPI并行计算，极大提高计算效率。通过前期在NCAR计算环境的测试(05年7-11月)及05年12月在BMB计算环境的测试，表明WRFvar与MM5模式系统的兼容性不存在问题。从06年1月15日起，北京市气象局的MM5中尺度数值预报业务系统的重要部分－三维变分同化系统由原来的MM5三维变分系统更新为必威体育精装版释放的WRF三维变分系统（WRFvar）。该系统目前在27和9km两个模式区域运行（3km区不做同化），同化常规探空和地面观测料（TEMP/SYNOP）及北京地区90多个地面自动站观测资料（AWS，06年5月加入同化），由于北京地区的复杂地形，地面观测同化选项仍采用sfc-assi-options＝1，考虑剔除模式最低层和观测站点的高度差超过100米的观测；利用1月15日至2月15日的模式预报场，采用gen_be软件包计算了2至5月份系统运行所需的冷季背景场误差（1月份系统运行的背景场误差采用原T213为背景场的模式预报计算出的冷季背景场误差）；控制变量选项cv-option＝5，采用流函数、非平衡速度势、非平衡温度、假比湿和非平衡地面气压为控制变量。 经过半年的业务运行，WRFvar保持了很稳定的运行状态。单线程运行完成同化分析的时间约2分钟（由于单线程运行时间已能满足要求，故未采用并行运行），迭代基本在20步左右收敛，体现了该系统在BMB的曙光高性能计算环境（AMD opetron CPU，主频2.0Ghz，Redhat linux 8系统，pgf6.0编译软件）的适应能力；资料同化过程基本正常，同化分析及预报效果较MM53dvar有所提高，达到了预期水平，显示了该系统本身的同化能力及与MM5模式的很好的兼容性。 06年5月份，研究人员在BMB另一台高性能计算机（16个节点，每个节点2个AMD opetron CPU，主频1.6G，Suse linux 8系统，pgf6.0编译软件，MPI并行）建立了WRF数值预报系统，并于6月4日开始与MM5数值预报业务系统进行并行运行测试。该系统包含必威体育精装版释放的WRF前处理（WRFSI）、WRF模式（WRFV2.1）和WRFvar系统，采用27-9km两重嵌套，格点数151x151、142x184，物理方案配置为：Lin微物理，KF积云参数化，RRTM长波辐射，Duhdia短波辐射，YSU边界层，积分步长150s，48h预报。WRFvar同化在两个区域运行，同化常规探空和地面观测（TEMP/SYNOP），尚未同化自动站资料（AWS），单线程运行约2分30秒（未并行运行）；WRF模式积分在25个CPU上运行（13个节点，其中一个节点只使用一个CPU），耗时约2小时。 在WRF数值预报系统的并行运行测试中，研究人员发现地面2米温度的预报比实况偏低很多（尤其在夜间），比MM5业务预报也偏低。于是针对WRF模式的边界层方案和辐射方案进行了敏感性试验，试验设计如下：试验个例为6月17日00UTC的预报，17日和18日北京受高脊控制，天气晴好，该次WRF预报和MM5业务预报情况及实况见下表； WRF 9kmMM5 9km气象台预报观象台实况18日05点（BJT）2m温度1422夜间最低2123.618日14点（BJT）2m温度3132白天最高3537.1试验采用AVN分析场作背景场，不同化任何观测资料。对边界层方案（YSU、MYJ、MRF）和辐射方案（RRTM长波辐射， Dudhia 、Goddard短波辐射）进行敏感性试验，试验1（exp1）为YSU＋Duhdia，试验2（exp2）为YSU＋Goddard，试验3（exp3）为MYJ＋Dudhia，试验4（exp4）为MYJ＋Goddard，试验5（exp5）为MRF＋Dudhia，试验6（exp6）为MRF＋Goddard；同化试验分两组，第一组试验采用27-9km两重嵌套，9km区动、静态信息都直接由27km插值而成，分别进行试验1至5；第二组试验采用27km单重嵌套，分别进行试验1至6。试验情况如下： 第一组试验：图1a和1b是采用MYJ和YSU边界层方案WRF模式2m温度预报的差值（exp3-e