与控制方程预测降雨

Question

哪种模式是一个好的起点预测降水(雨)提前24小时?我看着Kalnay大气建模、数据同化和可预测性,霍尔顿的介绍了动力气象学以及各种其他来源。这些都是伟大的引用但我不能找出哪些部分我可以使用计算我需要什么。似乎有控制方程的数值求解,用于预测的输出。我知识渊博的数值求解常微分方程,pd,我熟悉Matlab, Python,但没有任何引用,我能找到提供明确的公式- >数据- >代码- >输出。

谈论最多模型明确的解决方案是正压涡度方程,风能和压力,我相信,模型。这个模型提出了恰尼,Fjortoft和冯·诺依曼在50年代,并解决了用电脑,结果被彼得林奇在2008年重新创建(Matlab代码可用)。这个模型可以被用于降雨预测?

如果挖在基本方程,控制方程的哪一部分我应该关注吗?任何指针,引用与运行代码是最受欢迎的。

Answer 1

雨的正压涡度方程不足以模型。的一部分,这是由于这个词的正压,这表明缺乏热梯度。另一个原因是,尽管涡度是一个有用的数量,它缺乏明确的大气状态的信息。

的原始方程是一个偏微分方程组,被大多数数值天气预报模型用来模型不同的数量。降雨率是一个参数化变量,一个诊断公式(或公式)大气状态的基础上,基于研究。有时研究的结果可以给非常不同的答案相同的数据,这是一个参数化的弱点。这个想法是为了Reynolds-averaged原始方程和间歇性地调用参数化模型(包括湍流、辐射云覆盖,等等)。

在这里是一本好书,讨论了参数化方案。

Answer 2

TL;博士:全球NWP模型如NCEP的GFS(免费)和ECMWF的IFS(限制访问)提供预测的水平扩展几十公里每隔几小时。从全球数值天气预报数据,NCAR WRF(免费)可以用来产生结果几公里的决议和存储每隔几分钟。

---

我觉得我可以给一些见解。这个答案旨在提供进一步的实际引用有关知名NWP模型。它在地方中心看和可用资源能做些什么。我只会短暂尝试解释为什么底层物理本质上可以看作是复杂的。

数值天气预报(NWP)模型感兴趣的是地球的大气层和表面组成的系统。这个系统包括物理特性和过程与范围广泛的尺度:天气面前在数千公里,积云跨越几公里,不同土壤层次在几米,雨滴直径小于几毫米,与太阳辐射的相互作用比几微米波长短,…在大规模的模型工作,试图解决气团的运动通过求解pde网格,并使用物理参数化处理未解决的次网格现象。由于对初始条件的敏感性强,输入数据的质量是至关重要的。如果快尤其如此不同的局部特性,比如雨感兴趣的。

全球NWP模型考虑整个系统。他们通常有几十公里水平分辨率。初始条件可以来自许多不同的来源的观察(天气雷达、无线电探测、浮标、卫星、飞机、…)。数据同化的工作几乎是最简单的部分,需要在第一时间获取所有的数据。这两个中心提出全球NWP产品:

• 美国国家环境预测中心(NCEP)的全球预测系统(GFS)。它是免费的,你可以很容易的直接下载整个数据集。
• 欧洲中期天气预报中心(ECMWF)综合预测系统(IFS)。你需要注册下载数据。业务预测或分析不是免费但是re-analyses ERA-Interim等。最近的分辨率比GFS。其他方法来检索数据,除了web界面,是一个python API。的IFS参数数据库也可以是有用的。的如果文档是网上5和是一个很好的切入点理解本构方程和休息。看看“第四部分物理过程,第七章:云和大规模降水”如果你感兴趣他们做什么雨。

区域数值天气预报模型可以使用全球数值天气预报数据作为初始和边界条件。可能最著名的免费区域模型是国家大气研究中心(NCAR)天气的研究和预测(WRF)模型。有关下载运行模型的源代码WRFV3, WPS,静态地理数据(几个GBs !)。它有一个全面的安装过程,WRF教程和论坛也可能有所帮助。的用户指南和的物理描述很有趣看除了代码。你可以找到的最初的引用为实现参数化,许多演讲从他们的车间(如粒子物理学)。谈到微观物理学,看着WRFV3 /物理,你可以找到个人Fortran模块的参数化:

• module_mp_kessler.F(~ 250 LOC)(蒸汽、雨、云水),
• module_mp_lin.F(~ 3000 LOC)(蒸汽,雨,云,云冰、雪、霰)。

所以它可能不是完全不合理的说~ 1000 LOC的雨在数值天气预报,但这将是忽略了其他许多成千上万的LOC需要运行其他的物理。处理的输出手册中描述的许多选项,你可能会感兴趣在python中某些后期处理代码。

总之我认为准确预报下雨是不现实的,而整个NWP机械。对于任何应用通过他/她需要熟悉可用数据集和软件。~ 1000 LOC的python你至少可以起草一个框架在GFS / ECMWF数据和WRF,可能还有一些其他的工作,适合你的一些关于雨的预测需求/欲望。

边注,当地/国家气象服务可能有有趣的产品从自己的模型(其中一些可能是免费的)。另外,应用程序并不需要一个准确的预测(例如,只有在统计的基础上有效)可以依赖其他雨模型在数值天气预报和使用更少的输入数据(如只有长期降雨率测量)。一些“雨细胞”模型用于radioscience可能符合这一描述。

引用

1. http://www.ncdc.noaa.gov/data-access/model-data/model-datasets/global-forcast-system-gfs/“NCEP全球预测系统”
2. http://apps.ecmwf.int/auth/login/“火星ECMWF目录”
3. http://software.ecmwf.int/wiki/display/WEBAPI/Accessing + ECMWF +数据+服务器+在+批/“ECMWF。访问ECMWF数据服务器以批处理”
4. http://apps.ecmwf.int/codes/grib/param-db“ECMWF参数数据库”
5. http://www.ecmwf.int/search/elibrary/part?title=part&secondary_title=43R1“ECMWF IFS文档”
6. http://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/download/get_source.html“NCAR: WRF源代码和图形软件下载”
7. http://www2.mmm.ucar.edu/wrf/OnLineTutorial/compilation_tutorial.php“NCAR。如何编译WRF:完整的过程”
8. http://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/docs/user_guide_V3/contents.html“NCAR。用户指南的高级研究WRF (ARW)建模系统,版本3”
9. http://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/docs/arw_v3.pdf“NCAR。高级研究WRF版本3”的描述
10. http://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/phys_references.html“NCAR。WRF模式物理选项和引用”
11. http://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/workshops/WS2010/presentations/Lectures/Microphysics10.pdf“NCAR。粒子物理学在WRF选项”
12. http://github.com/NCAR/wrf-python“NCAR。诊断和插值的集合与输出例程用于天气研究和预测(WRF-ARW)模型。”

Answer 3

你可以进一步观察目前如何使用天气模型实际工作。如果你想做一个预测你要运行一个模型,该模型不仅与你的问题意味着一样简单。实际上有许多并行方程和描述如何在网格运动行为。子网格参数化现象像雨也。雨如取决于水分收敛和气溶胶物理描述水滴的增长。这真的是一个广泛的问题,我建议你去问另一个问题如果你想要一些更具体的信息预测。