黑龙江精细化预报业务系统-WRF模式安装与调试

刘松涛

关键词：WRF模式；WRF；V2.2；WPS

引言

WRF(WeatherResearchandForecasting)模式是新一代中尺度数值预报系统，它的设计目的是用于业务天气预报和大气研究需要。WRF模式主要特点是：a.具有复杂的动态核心；b.三维数据同化系统；c.具有并行计算的软件结构和系统的可扩展性。其中，WRF的核心采用全可压、非静力平衡模式、水平方向采用ArakawaC网格，垂直方向采用地形跟随质量坐标，这样可以提高高分辨率资料的计算精度。WRF模式是在MM5模式上发展起来的新一代中尺度模式，它将逐渐的替换MM5模式。近几年，WRF模式有非常迅速的发展，软件版本不断更新，2006年12月份WRF已经更新到V2.2，前端预处理软件也由WRFSI变成WPS，黑龙江省采用WRFV2.2+WPS这种方式进行精细化业务天气预报，原始资料为中央台提供的T213高分辨率资料。

1WRF模式安装

WRF模式对机器硬件有一定要求，主要是内存要求在1G以上，硬盘最小10G空间。软件上操作系统必须为linux，可以是redhat企业版或者Fedroa系列版本，但是fedroa7与编译器有兼容性问题，不建议采用，其它版本均可。还要有FORTRAN编译器，主要有PGI编译器和INTEL编译器等，我们采用PGI6.0或者PGI7.0编译器。其它的还有netCDF、WRFV2.2、WPS、WPS_GEOG(地表面静态数据)。大部分软件的具体安装就不详细阐述了，主要说一下安装过程中的几点注意事项，重点说一下WRFV2.2、WPS安装。

1.1安装PGI编译器之后，一定要在home目录下的用户目录里修改环境变量，文件是.bash_profile,该文件默认是隐藏的，要取消隐藏属性才能看见。例如：exportPGI=/usr/pgi

exportPATH=$PGI/linux86/6.0/bin:$PATH

exportMANPATH=$MANPATH:$PGI/linux86/man

exportLM_LICENSE_FILE=$PGI/license.dat

更改后用source.bash_profile更新环境变量。

1.2安装完netcdf库后，在.bash_profile文件中加入

exportPATH=$PATH:/usr/local/netcdf/bin后使之生效。

1.3将模式所需的WPS_GEOG地表静态数据解压。这些数据分两类，一类是generalinputfiles；另一类数据是根据解像度分为10m、5m、2m和30s（即大约分别为110km，55km，20km和1km）共4种。在运行WPS时需要用到这些数据。

应该先安装WRFV2.2，再安装WPS。把WRFV2.2解压后进入。WRF目录，执行./configure后我们一般选择1，不同需要可以根据提示选择。选择后执行./compileem_real，选择真实大气方案。根据及其配置不同，等10到30分钟后编译完成。如果错误选择选项，可以用./clean-a清除参数选择，重新再选。编译成功后，在main目录下有ndown.exe、nup.exe、real.exe、wrf.exe四个文件生成。到这里WRFV2.2安装完成。

WPS的安装与WRFV2.2类似，解压WPS后，进入WPS目录执行./configure，一般选择1，如果需要并行计算选择3或4。然后执行./compile编译WPS，编译成功后会有geogrid.exe、metgrid.exe、ungrib.exe三个文件生成，到这里WPS安装完成。

2调试WRF模式

2.1WPS安装。安装完毕后，还不能直接运行，需要修改WRFV2.2、WPS参数配置文件，配置文件分别在各自的目录中。

下面解释关键项的作用。第3行表示是否需要嵌套，1无嵌套，2~4表示嵌套的次数第4、5行表示想要计算的起始、终止的时间。第6行表示原始资料间隔时间，单位是秒。第14、15行分别表示计算区域距中心点东西方向62个点，南北方向74个点。第16行表示选取地表数据的精度。第17、18行表示各方向格点间距，单位是米。第20、21行表示中心点的经纬度。第25行表示地表静态数据的存放路径。

在WPS的子目录ungrib/Variable_Tables/中有各种原始资料运行的数据列表。我们选用的T213高分辨率资料没有合适数据表，需要更改Vtable.GFS文件使T213资料与WPS匹配。Vtable.GFS是一个文本文件，内容以表的形式列出初始资料的各种参数配置情况。

表中第1列表示T213资料物理量的GRIB1编码，第2列表示各物理量所在的垂直层数类型，其中100指气压层，105指特定的垂直层，102指海平面层，1指包括海平面和陆面的地球表面层，112指特定的陆地层。第3、4列表示垂直层的值。第5列变量名称，按GRIB编码标准命名。第6列表示单位，用GRIB编码单位标准。第7列为变量描述，但不超过42个字符。每一列用"|"分隔。由于T213采用GRIB1编码，在WPS子目录util/下有一个g1print.exe文件，它的作用可以查看T213资料各物理量的编码，查询完后，填入表中保存命名Vtable.GFS。用ln-sfungrib/Variable_Tables/Vtable.GFSVtable命令把Vtable.GFS链接到WPS目录下，并更名为Vtable。第15-18行表示各层土壤湿度，如果用T213资料建议选取0-7cm、7-28cm、28-100cm、100-255cm。第19-22行表示各层土壤温度，如果用T213资料建议选取0-7cm、10-28cm、28-100cm、100-255cm。这是用T213资料与其它资料的一点不同。

2.2WRFV2.2安装。我们业务运行WRF要选用真实大气模式，进入WRFV2/test/em_real目录中，编辑namelist.input配置文件。主要是WRF模式的起始、终止时间与WPS配置文件统一。第18行history_interval项表示模式输出间隔，单位分钟。第35-40、42-43要与namelist.wps对应项一致。这些是WRF模式正常运行的基本设置，在namelist.input文件配置里有许多物理过程参数，可以根据不同需要对相应参数进行调整，使WRF模式更适用于本地化运行，预报准确率更高。

3WRF模式后期产品处理

到这里WRF模式的安装与调试就介绍完了，但模式的结果是以二进制方式编码的文件，如果想对WRF输出的结果进行进一步加工，以图形方式显示各种预报结果，我们还要用到转化软件，可以把WRF输出结果转成GrADS格式，也可以把WRF输出结果转成Micaps格式，这些方法生成的产品都可以方便预报员调看。转成GrADS格式、Micaps格式需要用到WRF2GrADS和wrfpost两个软件。

在运行wrf2micaps程序时，我们可以直接编辑namelist.input配置文件，包括指定输入文件、输出目录、插值等值面类型、输出各层的具体值、选择输出预报要素。然后执行./proc.sh命令运行。我们还可以直接修改namparm文件，然后执行./wrf2micaps.exe命令。第一种方法比较直观，但每次修改项目较多。第二种方法执行较快，且容易实现自动运行。

为了业务化运行方便，我们可以把WRF模式运行过程和WRF模式后期产品处理过程分别编写自动处理运行程序，程序每天自动运行，生成的预报产品可以随时供预报员调看。

4结论

WRF是未来几年内主流的中尺度预报模式，现在黑龙江的WRF模式刚开始运行，基本框架已经具备，模式运行比较稳定，生成的预报产品多样，可扩充能力较好，基本满足业务需要。为了更加适应于本地化，下一步我们还要对WRF模式进行检验，根据检验结果修改WRF模式参数，找出适合黑龙江省的WRF模式预报方案，进一步提高中尺度模式数值预报准确率。同时，希望本文也能供那些初次运行WRF模式的人一些参考。