笔记 | 2019年与2020年GFS资料驱动wrf的差异

笔记 | 2019年与2020年GFS资料驱动wrf的差异

项目概述

在使用WRF模式模拟早期天气个例时，作者注意到使用2019年全球预报系统（GFS）资料与2020年GFS资料驱动WRF时存在差异，主要体现在前处理模块（WPS）中namelist.wps文件的设置上。本笔记记录了这些差异及相应的解决方案，旨在为遇到类似问题的用户提供参考

背景信息补充

GFS是美国国家环境预报中心 (NCEP) 运行的全球数值天气预报系统。GFS系统会定期进行版本更新，引入新的物理过程、更高的分辨率、更多垂直层次或改进同化方案等，这些更新可能导致输出资料的格式、包含的变量或垂直层次结构发生变化。

GFS v15 版本于2019年6月上线，而 GFS v16 版本于2021年3月上线。因此，2019年的GFS资料主要对应 GFS v15 或之前的版本（取决于具体获取时间），而2020年的资料则主要对应 GFS v16（在v16上线前可能是v15）。WRF的前处理系统（WPS）需要正确识别和处理输入气象资料的格式和变量。GFS版本之间的差异很可能影响了WPS处理不同年份GFS资料所需的配置。特别是GFS v16相较于早期版本，在垂直分辨率等方面有所提升。

2019 GFS 资料处理

根据作者的经验，使用2019年的GFS资料时，namelist.wps中的&domains部分需要包含以下设置：

代码段

&domains  
 num_metgrid_levels = 32,  
 sfcp_to_sfcp = .true.  
 use_surface = .true.  

num_metgrid_levels = 32: 指定了metgrid程序需要处理的垂直层次数量。对于2019年的GFS资料，只能设置为32。 sfcp_to_sfcp = .true. 和 use_surface = .true.：作者指出，2019年的GFS资料可能缺乏某些地面或近地面变量，或者其格式使得WPS难以自动识别地面信息。设置这两个参数为.true. 可以强制metgrid使用可用的地面气压（PSFC）等信息进行垂直插值和网格映射，确保地面数据的正确处理。

常见错误： 如果在处理2019年GFS资料时没有添加sfcp_to_sfcp = .true. 和 use_surface = .true.，WPS可能会报错，例如：

ERROR in psfc: flag psfc =1,flag soilhgt = 1,flag slp = 0, sfcp to sfcp = F  
FATAL CALLED -  

这个错误提示metgrid在需要使用地面气压（PSFC）时发现sfcp_to_sfcp标志为.false.。这也印证了对于2019年数据，需要明确告诉metgrid如何处理地面气压。

网上有帖子也提到，类似错误有时也可能由其他气象资料（如ECMWF数据）的地面和高空资料间隔不一致引起。

2020年 GFS 资料处理

使用2020年的GFS资料时，namelist.wps中的设置有所不同：

&domains  
 num_metgrid_levels = 34,  
 ! sfcp_to_sfcp = .true.  <-- 需要移除或注释掉  
 ! use_surface = .true.  <-- 需要移除或注释掉  

• num_metgrid_levels = 34: 对于2020年的GFS资料，WPS期望处理的垂直层次数量为34。这可能了2020年使用的GFS版本（ likely GFS v16 data format）在输出资料中提供了更多的垂直层次。
• sfcp_to_sfcp 和 use_surface: 这两项在处理2020年GFS资料时需要移除或设置为.false.。这说明2020年的GFS资料格式对于WPS（WRF 4.2.2版本）来说，其地面信息的组织方式使得WPS能够更顺畅地自动处理，不再需要额外的强制设置。

常见错误： 如果在处理2020年GFS资料时仍然沿用2019年的设置（特别是num_metgrid_levels = 32 或保留了sfcp_to_sfcp = .true. 和 use_surface = .true.），可能会遇到以下问题：

• 层次错误： 如果num_metgrid_levels设置小于资料实际包含的层次，或者与WPS对该版本资料的期望不符，会导致错误。将num_metgrid_levels设置为34与2020年GFS资料的特性相符。
• 边界条件相关错误： 可能出现 "Maybe this is a global domain, but the polar flag was not set in the bdy_control namelist." 这样的错误。虽然这个错误通常与全球模拟域或极区处理有关，但在本例中，可能是由于错误的数据处理参数（如保留了不必要的sfcp_to_sfcp等）干扰了WPS正确识别数据类型或进行内插，间接导致了与边界条件处理相关的逻辑错误。

小结

这个案例强调了使用不同来源或不同时间（特别是跨越模式版本更新）的气象资料驱动WRF时，需要仔细检查并根据资料特性调整WPS的namelist.wps设置。即使是同一数据源（GFS），不同年份的数据也可能因为上游模式系统的更新而有微妙但关键的差异。

解决这类问题通常需要：

• 多学 (Learn More): 理解WRF WPS模块中各参数的作用，以及常见气象资料格式的特点。
• 多搜 (Search More): 查阅WRF用户手册、官方论坛、邮件列表或在线技术博客，搜索与特定资料源、WRF版本或错误信息相关的讨论。
• 多试 (Try More): 根据文档和搜索结果，勇敢尝试修改namelist.wps中的参数，通过试错找到正确的配置。

本笔记提供了一个具体的例子，说明了GFS资料在2019年和2020年之间的数据特性变化如何影响了WRF前处理的配置需求。