WRFDA教程：3DVar同化卫星辐射率资料

最新推荐文章于 2025-07-04 08:59:55 发布

气海同途

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分类专栏：大气海洋数值模式大气海洋数值模式文章标签：开发语言

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大气海洋数值模式

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大气状态是非线性的，对初值极其敏感，即使数值模式是完美的且收敛于真实状态，初始状态的微小改变，积分后误差也会变得很大。

因此，初始场的准确度直接关系到数值模式的预报效果，为得到良好的数值预报结果，数十年来气象学家一直致力于发展能够提高和改善初始场的技术，即资料同化技术。

WRFDA作为应用广泛的资料同化系统，无论是在科研中，还是业务工作中都有广泛的用途。

由于卫星观测的优势，目前各国的资料同化业务化系统中，卫星资料的数量基本是占据第一位。本篇参考WRFDA官网和用户手册，梳理了WRFDA三维变分同化的卫星辐射率资料的运行流程，供初学者参考。

官网提供了个例测试数据，可在气海同途公众号后台回复“WRFDA测试数据”获取百度云链接。该测试数据的介绍可查看往期文章：WRFDA教程：三维变分同化。

1、直接同化和间接同化

目标函数：

观测增量：yo - H(x)

（1）直接同化

常规观测yo（u, v, t, q等）， H(x)观测算子将模式变量（u, v, t, q等）插值到观测地点。

卫星辐射率yo，H(x)观测算子，具体为辐射传输模式，比如CRTM, RTTOV等，将模式变量转化为模拟的辐射率。

（2）间接同化

将卫星辐射率资料反演成常规观测，比如反演的温度、湿度廓线等。

直接同化和间接同化的主要区别，在于资料是否是经过反演后再同化。

2、辐射传输模式

（1）辐射传输模式

卫星探测到的是经下垫面发射和反射到大气层顶的辐射信息，直接同化将模式变量正演成观测的辐射量，需要用到相应的观测算子，即辐射传输模式(Radiative Transfer Models，RTM)。

一般将背景场（模式模式）的温度、水汽廓线和水凝物（云信息）作为辐射传输模式的输入，经过计算得到辐射率，比如亮温。

（2）RTTOV和CRTM

应用最广泛的两个辐射传输模式：

（1）RTTOV，由 ECMWF 和 UKMET 开发。

（2）CRTM（Comnuity Radiative Transfer Model）由美国卫星资料同化联合研究中心（JCSDA）针对红外、紫外、可见光和微波等卫星数据的同化而开发。目前安装WRFDA时，默认会同时编译CRTM。

namelist选项RTM_OPTION(1 for RTTOV, the default, and 2 for CRTM)

（3）下载CRTM系数

（1）WRFDAV4.0以及之前的版本

https://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/wrfda/download/crtm_coeffs_2.2.3.tar.gz

（2）WRFDAV4.1以及以后的版本

https://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/wrfda/download/crtm_coeffs_2.3.0.tar.gz

3、3DVar同化辐射率

（1）建立文件夹

mkdir 3dvar_rad cd 3dvar_rad

（2）准备数据和执行文件

WRFDA_DIR=~/DA/WRFDA # WRFDA的安装目录DATA_DIR=~/DA/testdata # 个例数据存放的文件夹CRTM_DIR=~/DA/crtmdata/crtm_coeffs_2.3.0
ln -sf $WRFDA_DIR/run/LANDUSE.TBL .ln -sf $WRFDA_DIR/var/build/da_wrfvar.exe .ln -sf $DATA_DIR/be/be.dat .
ln -sf $DATA_DIR/ob/2008020512/ob.ascii .ln -sf $DATA_DIR/rc/2008020512/wrfinput_d01 ./fgcp $DATA_DIR/namelist.input.3dvar namelist.input
ln -sf $DATA_DIR/ob/2008020512/gdas1.t12z.1bamua.tm00.bufr_d ./amsua.bufrln -sf $DATA_DIR/ob/2008020512/gdas1.t12z.1bamub.tm00.bufr_d ./amsub.bufrln -sf $WRFDA_DIR/var/run/radiance_info ./radiance_info ln -sf $WRFDA_DIR/var/run/VARBC.in ./VARBC.in ln -sf $CRTM_DIR ./crtm_coeffs #CRTM only

注：和同化常规观测相比，主要增加了三类文件：

辐射率数据 (BUFR format)：amsua.bufr和amsub.bufr
radiance_info (文件夹，包括了各个传感器通道数等信息)
VARBC.in（偏差订正相关）

（3）修改namelist

&wrfvar4use_amsuaobs = trueuse_amsubobs = true/&wrfvar14rtminit_nsensor=6,rtminit_platform=1,1,1,1,1,1,rtminit_satid=15,16,18,15,16,17,rtminit_sensor=3,3,3,4,4,4,thinning_mesh=120.0,120.0,120.0,120.0,120.0,120.0,thinning=true,qc_rad=true,write_iv_rad_ascii=false,write_oa_rad_ascii=true,rtm_option=2,only_sea_rad=false,use_varbc=true,crtm_coef_path='./crtm_coeffs'/