WRF移动嵌套结合伏羲模型与CFD(PALM)高精度多尺度降尺度分析研究

随着大气科学与数值模拟技术的发展,高精度多尺度气象模拟日益成为科研与应用的热点问题。本文将详细介绍如何使用WRF移动嵌套技术结合伏羲(Fuxi)模型,并通过CFD模型PALM实现精细化降尺度,以满足城市或区域局地精细化气象预报的需求。

1. 技术路线概述

  • WRF移动嵌套(Moving Nesting):动态调整高分辨率嵌套网格位置,追踪天气系统(如台风、强对流系统)以提高局地预报精度。

  • 伏羲(Fuxi)模型:国产数值模式,提供对WRF模拟的初始及边界条件优化。

  • CFD(Computational Fluid Dynamics)PALM模型:精细化局地流场、湍流、温度分布。

2. 实验环境准备

2.1 软件安装与环境配置

  • WRF 版本:WRF V4.3或以上

  • Fuxi模型版本:最新版

  • PALM版本:PALM V21.10

环境依赖
复制代码
sudo apt install gcc gfortran netcdf-bin libnetcdf-dev mpich

3. 数据准备与前处理

3.1 全球气象数据下载(GFS或ERA5数据)

3.2 使用WPS进行数据处理

编辑namelist.wps文件,设置地理区域及时间:

复制代码
&geogrid
 parent_id         = 1, 1,
 parent_grid_ratio = 1, 3,
 i_parent_start    = 1, 35,
 j_parent_start    = 1, 40,
 e_we              = 100, 160,
 e_sn              = 100, 160,
 geog_data_res     = '10m','2m',
/

执行预处理命令:

复制代码
./geogrid.exe
./ungrib.exe
./metgrid.exe

4. WRF移动嵌套与伏羲模式集成

4.1 配置WRF移动嵌套

namelist.input文件中设置:

复制代码
&domains
 max_dom = 2,
 grid_id = 1, 2,
 parent_id = 1, 1,
 parent_grid_ratio = 1, 3,
 feedback = 1,
 move_nest = .true.,
 vortex_interval = 15,
/

启动WRF模拟:

复制代码
mpirun -np 32 ./wrf.exe

4.2 伏羲模型对WRF模拟结果优化

利用伏羲模型进行数据同化,优化WRF模拟的初值与边界条件。

复制代码
./fuxi_model_assimilation wrfout_d01

5. CFD PALM降尺度模拟

5.1 WRF到PALM数据接口

将WRF输出结果处理为PALM输入格式,利用ncl或python转换脚本:

复制代码
import netCDF4 as nc
import numpy as np

ds = nc.Dataset('wrfout_d02.nc')
temp = ds.variables['T2'][:]
uwind = ds.variables['U10'][:]
vwind = ds.variables['V10'][:]

np.savetxt('palm_input.dat', np.column_stack((temp.flatten(), uwind.flatten(), vwind.flatten())))

5.2 PALM模型设置与运行

设置PALM输入文件INPUT,定义局地降尺度区域的精细网格:

复制代码
&initialization_parameters
 nx = 200,
 ny = 200,
 nz = 100,
 dx = 10.0,
 dy = 10.0,
 dz = 5.0,
/

&boundary_conditions
 bc_pt_b = 'wrf',
 bc_uv_b = 'wrf',
/

运行PALM模型:

复制代码
mpirun -np 64 palmrun -r simulation_case

6. 降尺度分析结果与评估

PALM模型输出数据位于OUTPUT文件夹,进行后处理与分析:

复制代码
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

data = np.loadtxt('palm_output.dat')
temp = data[:, 0].reshape(200, 200)

plt.imshow(temp, cmap='coolwarm')
plt.colorbar(label='Temperature (K)')
plt.title('PALM CFD Downscaled Temperature Field')
plt.show()

7. 小结与展望

通过WRF移动嵌套技术结合伏羲模型,并采用PALM进行局地高精度降尺度模拟,可以有效提高城市区域气象预报的准确性。未来可结合AI数据同化,进一步提升模拟效果。

相关推荐
HuggingFace2 小时前
Hugging Face 开源机器人 Reachy Mini 开启预定
人工智能
企企通采购云平台3 小时前
「天元宠物」×企企通,加速数智化升级,“链”接萌宠消费新蓝海
大数据·人工智能·宠物
超级小忍3 小时前
Spring AI ETL Pipeline使用指南
人工智能·spring
YuTaoShao4 小时前
【LeetCode 热题 100】141. 环形链表——快慢指针
java·算法·leetcode·链表
张较瘦_4 小时前
[论文阅读] 人工智能 | 读懂Meta-Fair:让LLM摆脱偏见的自动化测试新方法
论文阅读·人工智能
巴伦是只猫4 小时前
【机器学习笔记 Ⅲ】4 特征选择
人工智能·笔记·机器学习
好心的小明4 小时前
【王树森推荐系统】召回11:地理位置召回、作者召回、缓存召回
人工智能·缓存·推荐系统·推荐算法
小小小新人121235 小时前
C语言 ATM (4)
c语言·开发语言·算法
lishaoan775 小时前
使用tensorflow的线性回归的例子(十二)
人工智能·tensorflow·线性回归·戴明回归
你的冰西瓜5 小时前
C++排序算法全解析(加强版)
c++·算法·排序算法