Temperatura powierzchniowa morza [oC]

Model WRF w systemie SatBałtyk
Model WRF (Weather Research and Forecasting) jest numerycznym modelem pogody o bardzo
szerokim zastosowaniu – od prognozowania pogody w skali globalnej aż po wyidealizowane
symulacje w skali lokalnej, mające na celu analizę poszczególnych procesów fizycznych zachodzących
w atmosferze. Typowym zastosowaniem modelu WRF są jednak tzw. obliczenia mezoskalowe, czyli
dotyczące zjawisk zachodzących w skali kilkudziesięciu-kilkuset kilometrów. Zjawiska pogodowe
charakterystyczne dla obszaru Morza Bałtyckiego są typowym przykładem zjawisk mezoskalowych.
Podobnie jak inne podobne numeryczne modele pogody, model WRF umożliwia symulację
trójwymiarowego ruchu powietrza w atmosferze, zmian gęstości, temperatury i wilgotności
powietrza, zachmurzenia i opadów, transmisji promieniowania i ciepła w atmosferze, a także – w
połączeniu z modelem chemii atmosfery – symulację np. transportu zanieczyszczeń (gazów lub
aerozoli). Cały szereg alternatywnych algorytmów opisujących poszczególne procesy fizyczne, jak
również metod numerycznych, pozwala na dostosowanie modelu do konkretnego obszaru, jego
wielkości, strefy klimatycznej etc.
Model WRF jest ogólnie dostępny i może być wykorzystywany do celów niekomercyjnych przez
każdego. Szczegółowe informacje dotyczące modelu można znaleźć na stronie http://www.wrfmodel.org/, a także na stronie użytkowników: http://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/.
W dalszej części tego dokumentu znajdują się informacje dotyczące konfiguracji modelu WRF na
obszarze Bałtyku, jaka wykorzystywana jest w projekcie SatBałtyk. Punkt pierwszy zawiera
podstawowe informacje dotyczące modelowanego obszaru i danych wejściowych. Punkt drugi
przeznaczony jest dla użytkowników zainteresowanych szczegółami technicznymi modelu.
1. Obszar modelu i dane wejściowe
Model pogody w Systemie SatBałtyk obejmuje trójwymiarowy, w przybliżeniu prostopadłościenny
wycinek atmosfery nad Bałtykiem (Rysunek 1), od powierzchni Ziemi do poziomu 50 hPa, co
odpowiada wysokości około 20 km. Rozdzielczość pozioma modelu wynosi ok. 8 km.
Model wykorzystuje dane wysokości oraz pokrycia terenu (Rysunek 2) otrzymane na podstawie
danych satelitarnych. Na obszarach morskich wykorzystywane są dane temperatury powierzchni
morza z projektu GHR SST (Group for High-Resolution Sea Surface Temperature), dostępne raz na
dobę dla godziny 00:00.
Ponadto, do funkcjonowania modelu niezbędne są warunki brzegowe na czterech granicach
bocznych oraz na granicy górnej modelu. Pochodzą one z globalnego modelu operacyjnego GFS
(Global Forecast System). Model ten ma rozdzielczość 0.25°. Jego wyniki udostępniane są zarówno w
postaci prognoz, jak i danych archiwalnych. W systemie SatBałtyk, aktualne dane GFS pobierane są
raz na dobę, dostarczając warunków brzegowych do obliczeń za pomocą modelu WRF, które za
każdym razem obejmują 72 godziny: 24 godziny „wstecz” oraz 48 godzin prognozy.
Rysunek 1. Maska lądu w modelu WRF na obszarze Morza Bałtyckiego
Rysunek 2. Topografia terenu (z lewej) oraz dominująca kategoria pokrycia terenu (z prawej) modelu
WRF na obszarze Bałtyku
Szczegóły dotyczące konfiguracji modelu
Na podstawie wyników kalibracji i walidacji modelu WRF, przeprowadzonej w ramach projektu
SatBałtyk, dokonano wyboru optymalnych opcji modelu dotyczących: (i) procesów fizycznych oraz (ii)
metod numerycznych. Lista tych opcji, zapisana w formacie wykorzystywanym przez model, znajduje
się poniżej. Szczegółowy opis znaczenia tych opcji można znaleźć w dokumentacji modelu
(http://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/docs/user_guide_V3/contents.html).
OPCJE DOTYCZĄCE PROCESÓW FIZYCZNYCH
mp_physics
=4
ra_lw_physics
=1
ra_sw_physics
=2
radt
= 10
sf_sfclay_physics
=1
sf_surface_physics
=2
bl_pbl_physics
=1
cu_physics
=1
cudt
= 10
num_land_cat
= 28
num_soil_layers
=4
sf_urban_physics
=0
sst_update
=1
usemonalb
= .true.
sst_skin
=1
fractional_seaice
=1
seaice_albedo_opt
=0
seaice_albedo_default
= 0.75
seaice_snowdepth_opt
=0
seaice_snowdepth_min
= 0.001
seaice_snowdepth_max
= 1.0
seaice_thickness_opt
=0
seaice_thickness_default
= 0.5
OPCJE DOTYCZĄCE METOD NUMERYCZNYCH
w_damping
= 0,
diff_opt
= 1,
km_opt
= 4,
diff_6th_opt
= 0,
base_temp
= 290.
damp_opt
= 0,
dampcoef
= 0.2,
non_hydrostatic
= .true.
moist_adv_opt
= 1,
scalar_adv_opt
= 1,
spec_bdy_width
= 5,
Komentarze
Mikrofizyka chmur (model WSM5)
Promieniowanie długofalowe (RRTM; 16 kanałów)
Promieniowanie krótkofalowe (Goddard)
Krok czasowy algorytmu dot. promieniowania (w min.)
Model wymiany ciepła i pędu atmosfera-ląd/woda
Model powierzchniowej warstwy lądu (NOAH)
Warstwa graniczna atmosfery
Parametryzacja chmur cumulus (Kain-Fritsch)
Krok czasowy dla parametryzacji chmur cumulus
Liczba kategorii pokrycia terenu
Liczba warstw w modelu gruntu
Obszary miejskie
Zmienna temperatura powierzchni morza
Sposób uwzględniania sezonowych zmian albedo
Temperatura naskórkowa
Zmienna koncentracja lodu morskiego
Stałe albedo lodu morskiego
Wartość albedo lodu morskiego
Ograniczony zakres możliwych grubości śniegu
Minimalna grubość śniegu na powierzchni lodu morskiego
Maksymalna grubość śniegu na powierzchni lodu morskiego
Stała grubość lodu morskiego
Grubość lodu morskiego
Komentarze
Tłumienie na górnej granicy modelu
Dyfuzja we współrzędnych modelu
Algorytm mieszania (Smagorinsky 1 rzędu)
Brak algorytmu dyfuzji 6-rzędu
Temperatura bazowa
Tłumienie na górnej granicy modelu
Współczynnik tłumienia
Model niehydrostatyczny
Schemat adwekcji wilgoci
Schemat adwekcji wielkości skalarnych
Szerokość strefy buforowej na granicach modelu