为什么气象数值模拟预报一直用的是wrf模式（转）

首先应该要说明一下，气象上的开源数值模式并不仅仅只用WRF，例如ARPS，RegCM，CESM等模式也是常常使用的。那么为什么会有中感觉WRF是气象上预报和模拟最常用的数值模式呢？我们来简单过一下这几个模式。

RegCM：全名是Regional Climate Model。基于MM5发展起来的静力平衡区域气候模式。主要面向区域气候模拟。计算相对稳定。
WRF：全名是Weather Research and Forecast Model。从名字上就可以看出，WRF的主要面向对象是天气预报和天气研究。WRF中有NMM和ARW两种框架可以选择，可以作为全球模式进行天气预报，也可以作为区域模式进行天气现象的数值模拟。WRF是非静力平衡的数值模式，垂直方向采用eta坐标。
CESM：Community Earth System Model。地球系统模式。里面的大气分量CAM（Community Atmospheric Model）也是一种常用的非静力平衡大气模式，主要面向气候方面的研究。CAM垂直方向采用混合坐标。
ARPS：Advanced Regional Prediction System。针对中小尺度天气研究开发的数值模式，垂直方向采用高度坐标。

从上面可以看到，其他几个模式是针对某一类型的问题细化的。RegCM的设计主要是面向区域气候领域，计算稳定，静力平衡，整体计算规模会比WRF小一些。CESM（CAM）只支持全球模拟，也是面向气候，环流等等研究，垂直方向上混合坐标，对于很多有强垂直运动的天气现象并不合适。ARPS则是对天气研究进行了强化，垂直方向高度坐标能够更好地解析垂直速度，但是模式也很不稳定。

我们再看WRF。非静力平衡，垂直方向eta坐标，能够满足大部分中尺度的天气研究。最近几年WRF也开始作为区域气候模式使用，一定程度上也是因为eta坐标的特点和里面包含大量的物理参数化方案（WRF的扩展性是这些模式中最好的）。WRF在全球模式下可以进行天气预报。WRF还包含理想模型，从单柱模式到理想飑线到理想台风，WRF的理想模式可以用于理论研究。WRF甚至还包含单独的大气化学模块，可以进行气溶胶的预报等等。WRF还有一个同化系统WRFDA，里面有三维变分，四维变分，集合卡尔曼滤波等等。所以WRF的功能几乎可以覆盖整个大气科学专业本科教学的大部分课程。想学天气学原理，中小尺度天气学吗？可以用WRF模拟个台风分析分析玩玩；想学数值天气预报吗？可以用WRF做预报；想了解同化吗？里面有同化系统；想学气候学吗？WRF可以做区域气候模式；想学动力气象吗？WRF里有理想模型，可以做一些动力学分析。。。

那么为什么只有WRF才有这么多功能？我个人的理解是：1.WRF发展初期，主要针对中尺度天气研究，同时考虑了计算量和计算稳定性，没有像ARPS一样完全针对中小尺度天气研究，所以为后续的扩展提供了可能；2.WRF良好的设计，代码扩展便利；3.作为NCAR主推的模式之一，NCAR强大的科研实力和巨大的科研工具需求为WRF开发了大量的优质资源，比如NCL可以支持WRF输出处理，现在还有pyWRF可以支持WRF输出处理；4.开源且良好的社区，以及很多物理方案都加入到WRF中。

那么怎么样快速入门呢？当然是先找一个问题，然后设计一下实验方案，最后才开始入门学习WRF。这样学习者就可以在WRF的诸多功能中选择自己有需要的部分，然后熟悉调参的过程，模拟分析的过程。当这一个研究问题结束，我想对WRF一定有了初步的了解，那么后面再熟悉不同的功能，甚至不同的数值模式就会很快了。

标签：wrf,WRF,区域气候,可以,预报,模式,数值,坐标
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