WRF-chem中文介紹

1、精品文檔WRF-CHEM中文介紹空氣質(zhì)量模擬是一個非常復(fù)雜的問題，同時受到氣象因子（如風(fēng)速、風(fēng)向、湍流、輻射、云和降水等）和化學(xué)過程（如源的排放、干濕沉降和化學(xué)轉(zhuǎn)化等）的影響。在實際大氣中，化學(xué)和氣象過程是同時發(fā)生的，并且能夠相互影響，如氣溶膠能影響地氣系統(tǒng)輻射平衡，氣溶膠作為云凝結(jié)核， 能影響降水， 而云和降水對化學(xué)過程也有非常強烈的影響。以往的空氣質(zhì)量模式，如 CALGRID、 MODEL3/CAMQ等，它的氣象過程和化學(xué)過程是分開的， 一般先運行中尺度氣象模式， 得到一定時間間隔的氣象場， 然后提供給化學(xué)模式使用。這樣分開處理以后，存在一些問題：首先，利用這樣的氣象資料驅(qū)動化學(xué)過程的時候

2、就存在時間和空間上的插值， 而且丟失了一些小于氣象模式輸出間隔的氣象過程， 如一次短時間的降水等， 而這些過程對化學(xué)過程來說可能是很重要的； 其次，氣象模式和化學(xué)模式使用的物理參數(shù)化方案可能是不一樣的；再次，不能考慮化學(xué)過程對氣象過程的反饋作用?；谶@種真實大氣中氣象過程和化學(xué)過程是同時發(fā)生的相互影響的思想以及考慮到以往空氣質(zhì)量模式中存在的不足， 2000年3月6日 8日在美國國家大氣研究中心（NCAR）舉行了一個關(guān)于在云模式和中尺度模式中模擬化學(xué)過程的會議，隨后成立了一個 WRF-CHEM的開發(fā)小組，共有 15個成員。在之后的幾年內(nèi)，很多化學(xué)模塊被加入了 WRF的框架之中，完成了一個氣象模式

3、和化學(xué)模式在線完全耦合的新一代的區(qū)域空氣質(zhì)量模式 （WRF-CHEM）。它的化學(xué)和氣象過程使用相同的水平和垂直坐標(biāo)系， 相同的物理參數(shù)化方案， 不存在時間上的插值， 并且能夠考慮化學(xué)對氣象過程的反饋作用。WRF模式WRF(Weather Research Forecast) 模式系統(tǒng)是美國氣象界聯(lián)合開發(fā)的新一代中尺度預(yù)報模式和同化系統(tǒng) ,2004 年 6 月對外發(fā)布了第二版和三維變分同化系統(tǒng)。這個模式采用高度模塊化、并行化和分層設(shè)計技術(shù) , 集成了迄今為止在中尺度方面的研究成果。 模擬和實時預(yù)報試驗表明 ,WRF模式系統(tǒng)在預(yù)報各種天氣中。1 歡迎下載精品文檔都具有較好的性能 , 具有廣闊的應(yīng)用

4、前景。WRF模式采用高度模塊化和分層設(shè)計, 分為驅(qū)動層、中間層和模式層 , 用戶只需與模式層打交道 ; 在模式層中 , 動力框架和物理過程都是可插拔, 為用戶采用各種不同的選擇、 比較模式性能和進(jìn)行集合預(yù)報提供了極大的便利。它的軟件設(shè)計和開發(fā)充分考慮適應(yīng)可見的并行平臺在大規(guī)模并行計算環(huán)境中的有效性, 可在分布式內(nèi)存和共享內(nèi)存兩種計算機上實現(xiàn)加工的并行運算, 模式的耦合架構(gòu)容易整合進(jìn)入新地球系統(tǒng)模式框架中。WRF模式重點考慮從云尺度到天氣尺度等重要天氣的預(yù)報 , 水平分辨率重點考慮 110km。因此 , 模式包含高分辨率非靜力應(yīng)用的優(yōu)先級設(shè)計、 大量的物理選擇、與模式本身相協(xié)調(diào)的先進(jìn)的資料同化系

5、統(tǒng)。 WRF模式有兩個版本 , 一個是在NCAR的MM5模式基礎(chǔ)上發(fā)展 , 另一個是由 NCEPEta 模式發(fā)展而來。 表1 是這兩個方案動力框架的對比表。WRF動力框架的兩個方案主要不同之點在于垂直坐標(biāo)和格點格式的選擇, 通量的空間差分 NCAR方案精度更高 , 但需要的計算時間也要多一些。物理方案兩者雖有所不同 , 但是兩者都互有物理接口, 因此從總體來講二者的物理方案是兼容的。表 2 給出了 WRF物理方案的各種不同選擇, 它們來自 MM5、 Eta 和 RUC ,為用戶提供了各種選擇的機會。2 歡迎下載精品文檔WRF-CHEM的化學(xué)模塊WRF-CHEM的化學(xué)模塊包括了污染物的傳輸和擴(kuò)散

6、、干濕沉降、氣相化學(xué)反應(yīng)、源排放、光分解、氣溶膠動力學(xué)和氣溶膠化學(xué) （包括無機和有機氣溶膠） 等。圖 1 WRF-CHEM的基本框架輸送。3 歡迎下載精品文檔WRF模式可以選擇不同的動力內(nèi)核框架， WRF-CHEM現(xiàn)在主要使用正式的質(zhì)量坐標(biāo)的框架， 這意味著它的水平平流是質(zhì)量和標(biāo)量守恒的， 空間上為 5 階，時間上為 3 階。湍流輸送使用一種 2.5 層次的 Mellor-Yamada 閉合方案（ETA方案）。自然源排放WRF-CHEM的自然源排放模塊使用了Guenther 等(1993, 1994), Simpson等(1995) 和 Schoenemeyer 等(1997)的方案。它包含了

7、異戊二烯、單萜烯以及其他 VOC的排放和土壤氮的排放，并且考慮了這些排放隨溫度和輻射的變化。但是根據(jù) WRF的下墊面類型估計的自然源排放是比較粗糙的， 為了得到更好的自然源排放的估計需要區(qū)分不同的樹種，并且考慮同一網(wǎng)格里樹種的不同類型。氣相化學(xué)WRF-CHEM默認(rèn)使用的氣相化學(xué)機制是 Stockwell 等（ 1990）發(fā)展的第二版本的區(qū)域酸性沉降機制 （ RADM2）。該機制綜合考慮了化學(xué)過程， 預(yù)報精度和計算機資源，被廣泛應(yīng)用于各種大氣化學(xué)模式當(dāng)中。該機制中無機物包括 14 種穩(wěn)定物種， 4 種活潑的中間物種和 3 種足量穩(wěn)定物種（氧氣、 氮氣和水汽）；有機物包括 26 類穩(wěn)定物種和 16

8、 類過氧自由基。 22 種診斷的、 3 種常量的和 38 種預(yù)報物種在模式求解使用一種準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)近似（ QSSA）的方法。 38 種預(yù)報物種的速率方程的計算使用后向歐拉差分方案。光分解WRF-CHEM模式中考慮了 21 種物種的光分解反應(yīng)， 光分解速率的計算采用Madronich(1987) 提出的方案。干沉降WRF-CHEM中各種衡量氣體和氣溶膠的干沉降通量的計算使用的一種三層阻力（空氣動力學(xué)阻抗、次表層阻抗和表層阻抗）模型。表面阻抗的參數(shù)化使用了Wesely（1989）提出的方案，在這種參數(shù)化方案中，表面阻抗主要來自土壤和植。4 歡迎下載精品文檔被表面，植被的特性由使用的下墊面類型資料和季節(jié)決定， 表面阻抗也依賴于擴(kuò)散系數(shù)、活性以及活性氣體的水溶性。硫酸鹽的干沉降使用了不同的方案， 模式中假定硫酸鹽都以氣溶膠太的形式存在，它的干沉降使用了 Erisman 等（ 1994）提出的方案。氣溶膠WRF-CHEM的氣溶膠模塊采用歐洲的氣溶膠動力學(xué)模式 （ MADE）（ Ackermann 等， 1998）。 MADE中集成了二次有機氣溶膠模式（ SORGAM）。 MADE本身是由區(qū)域粒子模式（ Binkowsk