INTERPF程序处理分析场和中尺度模式之间的数据转换.doc

7: 08c6d13e3c55844afdac6e4dd202e491.pdf7INTERPF7.1目的INTERPF程序处理分析场和中尺度模式之间的数据转换，。它包括垂直插值，诊断分析并重新指定数据的格式。INTERPF获取REGRID，RAWINS或LITTLE_R的输出数据作为其输入来产生模式的初始和侧边界条件以及下边界条件。INTERPF的程序可以运行在以下几个平台上：Compaq/Alpha，Cray，DEC，Fujitsu，HP，IBM，SGI，Sun和运行与PC上的Linux。INTERPF代码是用FORTRAN 90写成的。7.2INTERPF程序l 输入LITTLE_R，RAWINS或REGRID的数据l 把各变量从气压层插值到sigma层上l u,v,RH：关于气压(P)是线性的l theta：关于气压的对数(lnP)是线性的l 去处整层平均辐散l 计算基态l 计算wl 对u,v,t,Qv进行重新插值l 计算扰动气压l 为下边界文件保存日平均的TSFC和SSTl 把当前的数据输出到边界文件中l 把经过插值的数据输出到初始文件中l 把数据输出到下边界文件中 图7.1 与INTERPF相关的MM5模式系统流程图 7.3 地面气压的计算 请注意在下面的计算中所使用的“X”表示算术上的乘法，而不是一个向量叉积。1地面上100hPa处（与地面的气压差为100hPa），T的第一猜值场2外推Tslv 3.修正Tsfc 4使用地面以下的平均温度来估计地面气压7.4静力垂直内插从气压层到sigma层的过程仅要求有严格的界限内插。由于sigma坐标被定义在最大和最小的气压之间，所以无须外推。通过namelist中的编码选项，INTERPF程序可以产生一个有效的地面场。垂直内插只使用线性技术，通常是按气压或气压对数线性。静力气压被定义为：这里是1维的垂直坐标，=1表示在地面，=0表示在模式顶；p*是2维地面气压场和一个常值（Ptop）的算术差。Ptop是模式顶处的常值气压。图7.2 一个面的垂直廓线，它与几个气压层相交。在面的粗圆点上需要进行垂直内插。箭头（标号从1到3）代表了3个连续的格点，它们使用沿面的3个独立的气压层。7.5去处整层平均辐散去处整层平均辐散可以使模式在开始运行时分析数据包含更少的初始条件噪音。在给定了高空站点的平均间隔和合理的高频率下，整层平均的垂直运动具有最大的虚假性。下面都是数量计算，“X”表示数量乘法。1 每个层上的气压权重u，v2 垂直平均p*u，p*v3 经垂直平均和气压权重处理的风的散度m为用于圆点（D）和交叉点（X）的地图尺度系数4 在假定了边界条件的情况下，求取速度势5 平均辐散风分量6 垂直权重7 经修正的风分量7.6基态的计算MM5模式的的基态由几个常数构成。它们指定了地面气压和温度，一条温度廓线（可能包含对流层顶上部的一个等温层），用于参考态气压的和非静力面高度的分析表达式。除了地形高度外，这些常数仅作为模式系统的用户输入被用来定义完整的基态。1 常数l P00参考海平面气压（在INTERPF的namelist中）l Ts0参考海平面温度（在INTERPF的namelist中）l A参考温度递减率（在INTERPF的namelist中）l PTOP模式顶层的参考气压（在REGRIDDER和INTERPF的namelist中）l PISO（可选）温度，在该温度上参考温度变为常数（可能用于模拟同温层）（在INTERPF的namelist中）2 标准（refrence）P3 标准3维气压4 标准3维温度5 标准高度它为每个层提供了一个不随时间变化的固定高度，为每个i,j,k位置是固定值和地形高度的函数。如果用户要求使用namelist中的等温层温度选项，则必须改变温度和高度的计算。首先，允许的最小温度必须如同等温层温度那样地被定义。为了转换为等温层温度，需要计算该位置上的气压。根据该气压（PISO），可以得到等温层的高度，而后得到经调整的标准高度。7.7非静力模式的初始化INTERPF首先在静力sigma层上产生一个静力输入文件。该sigma层是基于实气压而非参考态气压。为了在非静力模式下初始化数据，需要通过进一步的垂直内插将数据转移到非静力sigma层上。首先需要计算静力层的高度，然后使用按高度线性的内插法把u，v，T和q插到非静力层上。除了可以从数据集中获取的海平面气压（SLP），u，v，T和q外，非静力模式还需要两个用于初始化的变量。l 静力sigma层上的垂直速度（w）可以简单地由气压速度（）计算得到。该气压速度可以通过垂直积分水平风速散度得到。辐散的移除可以取确保该积分不会在模式区域顶产生垂直运动。而后该被插值到非静力层上并被转换为w（w=）。在实际中，无论w是按此种方法被初始化还是等于0，都不会影响结果。l 为了给出一个静力平衡，必须初始化气压扰动（）。一旦知道了非静力模式层上的虚温后，以有限差分形式表示的模式垂直风速的方程和加速项与平流项（被设为0）一起被使用。从而使得TV（z）与之间产生某种联系。如果给定了海平面气压，则最低sigma层上的就可以被估计。如果再给出虚温的廓线，这样通过垂直积分就可以计算出其他层上的。该平衡保证了每个模式积分柱中的初始加速度为0。7.8下表层温度和LOWBDY_DOMAINn文件INTERPF程序产生三个主要的二进制文件：MMINPUT_DOMAINn，BDYOUT_DOMAINn和LOWBDY_DOMAINn。MMINPUT_DOMAINn文件包含与时间有关的3维和2维场，比如风，温度，湿度和气压。BDYOUT_DOMAINn文件包含3维场的侧边界，通常是4行（列）。LOWBDY_DOMAINn包含表面温度场的日平均或随时间改变的的表面温度场（地面层上的空气温度和海平面的温度），也可以选择海冰或雪盖场。地面上的空气温度通常是定义在输入的气压层数据集中的地面层上的温度，也可以是最低sigma层上的温度（如果namelist的选项被设置为在垂直插值中不使用地面层上的数据）。如果不选择地表模式（LSM），则此变量被作为恒定的深土温度来使用。REGRID中作为海平面温度（SST）来使用的变量没有很好的被定义。依据用户的选择，海平面温度可能是水体温度，表层温度或是1000hPa处的温度。拥有高分辨率地表类型数据的用户会发现夏季有一些非常“热”的湖。如果用户选择了PREGRID Vtable表中的表层温度（SKT），则会计算地面层上空气的日平均温度和海平面上的日平均温度，并且把它们都输出到LOWBDY_DOMAINn文件中。进行日平均的目的是减少“常”温的日扰动同时也提供更符合实际情况的内陆湖温度。这就是为何我们建议用户通常要准备至少是完整一天的分析数据或预报。如果用户选择了PREGRID Vtable表中的海平面温度（SST），那么INTERPF程序会自动提供随时间变化的SST和地面层上的空气温度。如果有疑问的话，用户应该假定地面上的温度是表层温度(SKT)，它不适合作为一个随时间变化的SST来使用。7.9 参数说明哈！没有任何参数说明。7.10 FORTRAN的namelist输入文件大多数针对INTERPF程序的选项通过namelist文件来处理。因为该文件是一个FORTRAN的namelist文件（FORTRAN 90标准），所以它的语法也比较特殊。这里有六个namelist的记录（从record0到record5）。通常，所有的namelist记录必须被填充为用户对数据的描述。 表7.1:INTERPF的namelist值：记录0和记录1。NamelistRecordNamelistVariableDescription（描述）RECORD0INPUT_FILE来自于REGRID,RAWINS或LITTLE_R的输入文件，包含目录结构 RECORD1START_YEAR4位整数的起始年份 RECORD1START_MONTH2位整数的起始月份 RECORD1START_DAY2位整数的起始日 RECORD1START_HOUR2位整数的起始时RECORD1END_YEAR4位整数的结束年份 RECORD1END_MONTH2位整数的结束月份 RECORD1END_DAY2位整数的结束日 RECORD1END_HOUR2位整数的结束时 RECORD1INTERVAL分析时次间的时间间隔（秒） RECORD1LESS_THAN_24H是否（T/F）执行少于24小时的分析（默认是FALSE）表7.2:INTERPF的namelist值：记录2和记录3。NamelistRecordNamelistVariableDescription（描述）RECORD2SIGMA_F_BU输入sigma层，完整层，从下至上（1.0-0.0）RECORD2PTOP模式顶气压值（Pa）RECORD2ISFC在使用最低层的分析数据进行垂直插值时要包括的sigma层的层数；0=普通插值，1=使用地面层作为最低的sigma层，n1在插值中地面层使用于n层sigma层RECORD3P0参考海平面气压（Pa）RECORD3TLP参考温度递减率（K）RECORD3TS0参考海平面温度（K）RECORD3TISO等温（K）。如果此项设为零，则没有任何的作用。当由参考廓线算得的温度小于该值时，修订为该值。表7.3:INTERPF的namelist值：记录4和记录5。NamelistRecordNamelistVariableDescription（描述）RECORD4REMOVEDIV是否（T/F）去处整层积分散度RECORD4USESFC是否（T/F）在垂直插值中使用输入的地面数据RECORD4WRTH2O饱和度是否（T/F）与含水量相关RECORD5IFDATIM整数，所要输出的初始条件的时次数（如果不做分析同化，仅使用1就可以了）。“-1”表示输出所有的时次7.11怎样运行INTERPF1 键入 “make” 为你的平台创建一个可执行文件。2 编辑namelist.input文件。3 通常把输出内容放到一个文件中是一个值得实践的好习惯。这样的话，当你的程序出错时，你就可以检查此日志文件。比如，在一台工作站上，可以直接运行可执行文件（interpf &interpf.log）。INTERPF需要任意一个下面列出得文件：REGRID_DOMAINn，RAWINS_DOMAINn，LITTLE_R_DOMAINn（这里n是区域标号）。输入数据的位置，包括目录结构，都被定义在了namelist文件中。INTERPF的输出文件（作为MM5的输入）包括：MMINPUT_DOMAINn，BDYOUT_DOMAINn，LOWBDY_DOMAINn。这些文件在当前的工作目录中被产生。用户不能控制这些文件的命名规则。7.12 INTERPF不能工作！出了什么问题？l 大多数来自INTERPF的错误，只要不是以 “segmentation fault”， “core dump”或 “floating point error”结束的话，都会有一个相应的打印语句。虽然消息本身包含的内容不足以改正这个问题，但是它将会把你引导到运行失败的源代码部分，它应该能提供你更多的诊断信息。在一次失败的运行中，INTERPF打印的最后的语句是关于诊断错误的。l 为了明确INTERPF是否成功结束，首先查看是否有 “STOP 99999”语句。还要查看INTERPF是否处理了所要求的各个时次。在每次分析后，都要把数据输出到初始条件文件中，直到完成了namelist中指定的时段数为止。同样地，在每次分析后，也要把数据输出到边界条件文件中，但是输出时次从第二个时间段开始。下边界边界文件仅输出一次。l 当INTERPF通知你 “Relaxation did not converge in 20000 iterations”时，你可能正在使用无辐散风做理想化的运行。设置REMOVEDIV=.FALSE.，这样你就不会移除平均辐散了。l 记住要产生一个单独的边界条件文件，你至少要准备两个时次。这样才能计算一个侧边界条件的倾向变化。即使你不打算做一个长时间的预报，为地面层边界条件文件提供完整的一天时间也是有益的。这是因为该文件包含了地面空气温度的日平均值和SST的日平均值。l 当INTERPF运行时，如果出现了一个它没有预料到的插值错误（比如被强迫执行一次外推），INTERPF将会停止并打印出有错误的（I,J,K）和气压值。如果通过修改所提供的面或气压层不能解决该问题，通常问题就会变得比较地复杂，这意味着分析数据可能有错误。7.13文件I/O该插值程序在运行过程中会读取输入文件并产生输出文件。二进制的输入文件和所有的输出文件都是无格式的FORTRAN记录（二进制，顺序存取）。Namelist文件是一个用户可读的输入文件。下面的表是关于输入和输出文件的：表7.4INTERPF程序的输入文件文件名描述namelist.input包含运行时选项的namelist文件LITTLE_R_DOMAIN1，RAWINS_DOMAIN1，REGRID_DOMAIN1(在namelist文件中被指定)MM5系统，气压层上的气象数据，输入到INTERPF中表7.5INTERPF程序的输出文件文件名描述MMINPUT_DOMAIN