小曾日志-2022.11.2(1)

1. WRF users guide Chap 4 WRF Initialization

Introduction:

WRF模型有两大模拟类型可以生成初始数据，一个是ideal初始化，一个是real初始化。理想化的模拟通常根据现有的一维或二维测深为WRF模型生成初始条件文件，并假设简化的解析地形图。实时数据通常要求从WPS获得预处理后的数据，为WRF提供适合于模型网格分辨率的大气和静态场。WRF模型本身不会因为初始化的选择改变，但是预处理程序是基于用户选择的。
real.exe和ideal.exe程序不要同时使用，这两个程序在WRF模型运行之前执行。

理想化模型和真实模型区别如下：

理想化模型——ideal.exe
（1）3d
1）em_b_wave：斜压波，100km
2）em_fire：地表火，50m
3）em_heldsuarez：带极性滤波的全局情况，625km
4）em_les：大涡模拟，100m
5）em_quarter_ss：超晶胞，2km
6）em_tropical_cyclone：飓风，15km
（2）2d
1）em_grav2d_x：重力流，密度流，100m
2）em_hill2d_x：flow over a hill(未知) ,2km
3）em_seabreeze2d_x：水陆，2km，全物理结构
4）em_squall2d_x：暴风雨线，阵风线，250m
5）em_squall2d_y：em_squall2d_x的转置
（3）1d
1）em_scm_xy：单柱模型，4km，全物理模型
实时数据模型——real.exe
（1）em_real：从4到30km的例子，全物理模型

在使用./compile 编译时已经选择了预测方式。如果要选取一个不同的案例进行研究，代码必须被重新编译以选择模型正确的初始化。例如在确定结构（使用./configure 命令）后，如果使用命令./compile em_real, 则初始化程序使用module_initialize_real. F作为目标模型来构建（./WRF/dyn_em/module_initialize_*.F文件中的一个）。
对于理想化的初始条件，em_fire, em_heldsuarez, em_scm_xy, and em_tropical_cyclone cases存在单独的初始化文件(e.g., module_initialize_fire.F for the em_fire case). 对于其他案例，使用./WRF/dyn_em/module_initialize_ideal.F文件进行初始化。
要注意WRF预测模型对这两种初始化程序都是一样的。对于每个初始化模块，执行步骤也都相同的，即：

计算位势和柱压的基态/参考剖面
计算位势和柱压的基态扰动
初始化气象变量：u，v，位温，水汽混合比
定义垂直坐标
将数据插值到模型的垂直坐标
初始化地图投影和物理表面的静态字段；对于许多理想情况，这些都是简化的初始化，例如将地图因子位置为1，将地形高程设置为0

real.exe和ideal.exe共享大部分源代码，完成以下任务：

从namelist中读取数据
给划定的区域分配空间，并在运行时指定模型变量
生成初始场文件

实际数据案例执行一些额外进程：

从WPS中读取气象和静态输入数据
准备模型中使用的土壤场（通常，垂直插值到指定地表方案所需的水平）
检查土壤类别、土地利用、陆面覆盖、土壤温度、海面温度是否一致
处理多个输入时段以生成横向边界条件，除非处理全局预测，否则需要这些条件
三维边界数据（u，v，位温，蒸汽混合比，总位势）与总柱压耦合

Initialization for Ideal Cases

`ideal.exe` 允许用户运行一个控制的情景。通常这个程序只需要`namelist.input` and `namelist.sounding` 作为输入。但存在例外，例如斜压波case使用一个2-D binary sounding file. `ideal.exe` 输出`wrfinput_d01`文件，是wrf的输出文件，可以直接用于wrf模拟。由于理想化情景下不需要额外的数据输入且十分快速，可以用来确保不同结构和编译器下WRF模型的正常运行。
理想化模拟中，除了“specified”情况，可以使用任意的边界条件，并通常不会使用复杂物理进行运行（微物理除外）。大多数都没有辐射、地表通量或摩擦效应（除了海风情况、LES和全球Held-Suarez）。理想化 情况最常用于动力学研究，再生收敛 解或其他已知解 以及理想化云模型 。
理想化情况下有带有或不带有 地形、初始热扰动的一维，二维，三维示例 ，namelist可以控制domain的大小，垂直层的数量，模型顶部高度，网格大小，时间步长，扩散和阻尼特性，边界条件和物理选择。很多已有的namelist设置 都已经在不同 case的目录下建立。
input_sounding文件（在合适的案例目录下）可以是任何达到namelist中的模型顶部高度(ztop)任何水平的集合。第一行包括表面压力（hPa），潜在温度（K）和水分混合比（g/kg）。每一行有 五个输入值：高度height（海平面为0），潜在温度（K），蒸汽混合比（g/kg），x向风分量（m/s），y向风 分量（m/s）。ideal.exe程序 从input_sounding文件进行数据插值，如果数据不足还可以进行数据外推。
理想化案例的基本状态探测是初始探测，减去水分， 因此不必单独定义。注意在斜压波案例中：不使用一维input_sounding，因为初始三维阵列是 从文件input_jet读入。 这意味着对于气压斜波情况，namelist.input文件不能用于更改水平或垂直尺寸，因为它们 在input_jet文件中指定。