6 października 2014

Schemat modelu WRF

Model meteorologiczny WRF składa się z dwóch głównych bloków: preprocesora meteorologicznego WPS oraz bloku symulacji meteorologicznych ARW/WRF.

Zadaniem preprocesora WPS jest przygotowanie danych z globalnych prognoz i analiz w postaci skompresowanych plików w formacie grib (pliki gfs i fnl) do zakresu ustalonej symulacji.

Preprocesor WPS składa się z 3 modułów obliczeniowych:

• modułu geogrid, który służy do przygotowania według specyfikacji zawartej w pliku konfiguracyjnym następujących danych: wysokość terenu, sposób użytkowania terenu, siatki obliczeniowe
• modułu ungrib, którego zadaniem jest zdekodowanie skompresowanych plików w formacie grib, zawierających dane z globalnych symulacji meteorologicznych (DANE GFS/FNL);
• modułu metgrid, którego zadaniem jest utworzenie szeregu plików zawierających interpolowane dane meteorologiczne poprzedniego modułu ungrib dla całych siatek obliczeniowych wygenerowanych przez geogrid dla kolejnych 3-godzinnych okresów symulacji.

W wyniku działania preprocesora WPS, dla każdej domeny powstają interpolowane wejściowe dane meteorologiczne dla całego okresu symulacji. Zestaw tych danych tworzy dane wejściowe do przygotowania warunków brzegowych dla symulacji WRF.

Blok symulacji meteorologicznych ARW/WRF dla modelowania rzeczywistych warunków meteorologicznych składa się z dwóch modułów:

• modułu real
• modułu wrf.

Przygotowanie danych początkowych dla ARW/WRF jest zadaniem modułu real. Moduł ten wykorzystuje pliki utworzone przez preprocesor WPS oraz rzeczywiste wyniki obserwacji meteorologicznych w każdej domenie (DANE OBS) w celu dopasowania interpolowanych danych globalnych do wyników obserwacji. Do korekty wykorzystywane są obserwacje ciśnienia atmosferycznego, temperatury powietrza, wilgotności powietrza oraz składowe wektora wiatru.

Symulacje ARW/WRF są zadaniem modułu wrf. Umożliwia on prowadzenie obliczeń równoległych, dzięki czemu skrócony jest czas wykonania symulacji. Moduł wrf tworzy dla każdej domeny oddzielny plik wynikowy w formacie netcdf.

Pliki formatu netcdf tworzą pewnego rodzaju bazę danych dla przechowywania tablic zmiennych. W zależności od wersji symulacji, moduł wrf tworzy ponad 100 zmiennych. Pełną ich listę zawiera załącznik. Poniżej zestawiono wybrane zmienne generowane przez działający w IETU moduł wrf:

Wartości zmiennych 4-wymiarowych w węzłach siatki obliczeniowej dla każdej godziny dla węzłów siatki obliczeniowej w ustalonych warstwach nad powierzchnią terenu :

• U - x-wind component – składowa wektora wiatru w kierunku wschodnim względem siatki obliczeniowej,
• V – y-wind component – składowa wektora wiatru w kierunku północnym względem siatki obliczeniowej,
• W – z-wind component - wertykalna składowa wektora wiatru,
• T - perturbation potential temperature (theta-t0) – perturbacje potencjalnej temperatury powietrza,
• PB - base state pressure – bazowy stan ciśnienia,
• QVAPOR - water vapor mixing ratio – udział wody w parze wodnej,
• QCLOUD - cloud water mixing ratio - udział wody w chmurach,
• QRAIN - rain water mixing ratio – udział wody w opadzie atmosferycznym.

Wartości zmiennych 4-wymiarowe dla każdej godziny dla węzłów siatki obliczeniowej oraz ustalonych warstw gruntu pod powierzchnią terenu:

• TSLB - soil temperature – temperatura ustalonych w symulacji warstw gruntu,
• SMOIS - soil moisture – wilgotność ustalonych w symulacji warstw gruntu,
• SH2O - soil liquid water – udział wody w ustalonych w symulacji warstwach gruntu.

Zmienne 3-wymiarowe w węzłach siatki obliczeniowej dla każdej godziny symulacji:

• U10, V10 - składowe wektora wiatru w węzłach sieci obliczeniowej na wysokości 10 m ponad powierzchnią terenu dla kolejnych godzin okresu symulacji TxXxY
• T2 – temperatura na wysokości 2 m nad powierzchnią terenu
• PBLH – PBL height - wysokość przyziemnej warstwy atmosfery,
• UST – u* in similarity theory - prędkość dynamiczna u*
• RAINC – accumulated total cumulus precipitation - skumulowany od początku symulacji opad deszczu z kumulusów,
• RAINSH - accumulated shallow cumulus precipitation - skumulowany od początku symulacji opad z płytkich cumulusów,
• RAINNC - accumulated total grid scale precipitation - skumulowany od początku symulacji całkowity opad na całą komórkę,
• SNOWNC - accumulated total grid scale snow and ice - skumulowany od początku symulacji całkowity opad śniegu i lodu na całą komórkę,
• GRAUPELNC - accumulated total grid scale graupel - skumulowany od początku symulacji całkowity opad lodu graupel na całą komórkę,
• HAILNC - accumulated total grid scale hail - skumulowany od początku symulacji całkowity opad gradu na komórkę,
• SWDOWN - downward short wave flux at ground surface – natężenie promieniowania krótkofalowego (słonecznego) dopływającego do gruntu na powierzchni terenu,
• GLW - downward long wave flux at ground surface - natężenie promieniowania długofalowego dopływającego do gruntu na powierzchni terenu,
• SFROFF - surface runoff - odpływ wód powierzchniowych,
• UDROFF - underground runoff - odpływ wód podziemnych,
• SNOW - snow water equivalent - równoważnik wody w śniegu,
• SNOWH - physical snow depth – grubość pokrywy śnieżnej,
• TSK - surface skin temperature – temperatura powierzchniowej warstwy gruntu..

Przestawiona wyżej lista zmiennych pokazuje, że model WRF dla części zmiennych nie podaje bezpośrednich wartości jak np. zmienna T. W tych przypadkach wartość parametru meteorologicznego jest uzyskiwana poprzez odpowiednie formuły.