为什么WRF通常配置为3:1的嵌套比例?

Question

在WRF应用中，一直使用嵌套域对感兴趣的地点进行天气/空气质量建模，以获得更好的分辨率。下图说明了这一点:

我注意到外(较粗)域和内(较细)域之间的网格分辨率比率总是设置为3:1。

在物理过程或计算方面有什么原因吗?3:1的比例是否有助于边界之间的相互作用?

Answer 1

要理解为什么首选3的嵌套比而不是2的嵌套比，重要的是要了解WRF的以下两个特征:

1)网格是Arakawa c -交错的:质量点在细胞中心，u-速度在细胞的东西边缘，v-速度在细胞的南北边缘。看到梅辛格和荒川1976第4章对荒川蹒跚作了较好的描述和解释。WRF在计算机内存中的网格是这样的:

+-------+-------+-------+ | v v | | | j = 3 | | | | | u p u p | | u p  | +-------+-------+-------+ | v v | | | j = 2 | | | | | u p u p | | u p  | +-------+-------+-------+ | v v | | | j = 1 | | | | | u p u p | | u p  | +-------+-------+-------+ 我= 1 = 2 = 3

因此,p (1,1)地理位置$\Delta x /2$以东u (1)和$\ x /2$以南v (1,1)。

2)为了计算效率和准确性，将子(嵌套)域的数据复制到父域。这与从父级到子级的数据相反，后者是内插的。有关更多细节，请参见WRF注册表文档Michalakes和Schaffer。

综上所述，使用3的嵌套比率比使用2的嵌套比率计算效率和准确性更高。在下面的例子中，为了简单起见，对于2:1的嵌套比例和1d的情况，u值简单地从子数组复制到父数组，因为这些点保证在两个网格之间重叠。注意p点和子点不重叠p值必须插入到父节点。这引起了计算开销和$2\Delta x$波长的质量的数值阻尼:

孩子u p u p u p u  +-------+-------+-------+ | \ / | | \ / | | \ / | v v v父U P U  +---------------+

然而，在3:1的嵌套比例下，速度点和质量点重叠，简单的复制是可行的:

孩子u p u p u p u  +-------+-------+-------+ | | | | | | v v v父U P U  +-----------------------+