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)与全球预报系统(GFS) [1]。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) [2]。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 [3]。参数数据库还可以访问[4]。IFS可用的文档在线[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Atmopheric研究中心(NCAR)的天气研究和预测(WRF)模型[6]。有关下载运行模型的源代码WRFV3, WPS,静态地理数据(几个GBs !)。看看[7]全面安装过程,WRF教程和论坛也可能有所帮助。用户指南[8]和[9]的描述物理很有趣看除了代码。你可以找到原来的参考实现参数化[10],以及许多演讲的研讨会(例如在微观物理学[11])。谈到微观物理学,看着WRFV3 /物理,你可以找到个人Fortan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,你可能感兴趣的一些事情在python中[12]。
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
- 摘要。“全球预测系统(GFS)”{www.ncdc.noaa.gov/data-access/model-data/model-datasets/global-forcast-system-gfs}
- ECMWF。“火星目录”{apps.ecmwf.int /身份验证/登录}
- ECMWF。“批访问ECMWF数据服务器”{software.ecmwf.int / wiki /显示/ WEBAPI /访问+ ECMWF +数据+服务器+在+批}
- ECMWF。“参数数据库”{apps.ecmwf.int /编码/格丽/ param-db}
- ECMWF。“IFS文件“{www.ecmwf.int /搜索/ elibrary /部分?标题= part&secondary_title = 43 r1}
- NCAR。“WRF源代码和图形软件下载”{www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/download/get_source.html}
- NCAR。“如何编译WRF:完整的过程”{www2.mmm.ucar.edu/wrf/OnLineTutorial/compilation_tutorial.php}
- NCAR。“用户指南的高级研究WRF (ARW)建模系统,版本3”{www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/docs/user_guide_V3/contents.html}
- NCAR。“高级研究WRF版本3的描述“{www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/docs/arw_v3.pdf}
- NCAR。“WRF模式物理选项和引用”{www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/phys_references.html}
- NCAR。“在WRF微观物理学选项”{www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/workshops/WS2010/presentations/Lectures/Microphysics10.pdf}
- NCAR。“诊断和插值的集合与输出例程使用天气研究和预测(WRF-ARW)模型。”{github.com/NCAR/wrf-python}