【WRF-Urban】城市冠层参数UCPs导入WPS/WRF中

城市冠层参数UCPs导入WPS/WRF中

  • Urban canopy parameters ingestion into WPS/ WRF
    • 关于建筑高度分布的分组数量
    • GEOGRID.TBL 文件的配置
    • 是否需要修改 Registry 文件
    • 其他建议
  • 参考

本博客主要总结WRF&MPAS-Aforum中有关城市冠层参数UCPs导入WPS/WRF的相关内容。原文章地址-Urban canopy parameters ingestion into WPS/ WRF。
在这里插入图片描述

Urban canopy parameters ingestion into WPS/ WRF

Madhavijain 正在尝试将自己开发的城市冠层参数(UCPs)导入 WRF 模型中。这些参数是基于建筑物高度和地面足迹数据生成的,具体包括以下内容:

UCP 列表:

  • 平均建筑高度(Mean Building Height)。
  • 建筑高度分布(5 米分组的直方图)。
  • 面积加权的平均建筑高度(Area Weighted Mean Building Height)。
  • 建筑高度的标准差(Standard Deviation of Building Height)。
  • 平面面积分数(Plan Area Fraction)。
  • 建筑表面积与平面面积的比值(Building Surface to Plan Area Ratio)。

已完成的工作:
已将所有地理参考的 GeoTIFF 文件成功转换为 WPS 二进制文件。

提问内容:
1、关于建筑高度分布(5 米分组的直方图),是否需要扩展到建筑物的最大高度(如纽约市的 540 米),还是可以使用当前的分组(0-5m、5-10m、……、>50m)?WRF 是否有标准的分组要求?
2、在 GEOGRID.TBL 文件中是否需要为每个 UCP 单独添加配置?尤其是建筑高度分布参数(5 米分组的直方图),如何在 GEOGRID.TBL 文件中正确配置?
3、修改 GEOGRID.TBL 文件后,是否只需重新运行 geogrid.exe,还是需要对 WRF 的 Registry/Registry.EM_COMMON 文件作额外修改?

关于建筑高度分布的分组数量

1、建筑高度分布(5 米分组的直方图)可以使用最多 15 个分组(bins)。目前 WRF 模型中城市网格的最大垂直层数(urban_vertical_layers_stag)被设置为 18。

0-5m, 5-10m, 10-15m, ..., 70-75m, >75m

2、如果需要更多分组(超过 15 个),需要修改 WRF 源代码中的硬编码值(具体为 WRF/phys/module_sf_bep.F 文件中相关的垂直层设置)。
如果不修改代码而直接超出分组限制,模型会停止运行并报错。

GEOGRID.TBL 文件的配置

城市参数通过 GEOGRID.TBL 文件读取,配置示例如下:

name=URB_PARAM
priority=1
optional=yes
dest_type=continuous
fill_missing=0.
z_dim_name=num_urb_params
interp_option=default:nearest_neighbor
rel_path=default:NUDAPT44_1km/
flag_in_output=FLAG_URB_PARAM

在 geo_em 输出文件中,城市参数变量的结构为:

float URB_PARAM(Time, num_urb_params, south_north, west_east) ;
URB_PARAM:FieldType = 104 ;
URB_PARAM:MemoryOrder = "XYZ" ;
URB_PARAM:units = "dimensionless" ;
URB_PARAM:description = "Urban_Parameters" ;

如果已经生成了自己的二进制文件,应将 rel_path 修改为对应的路径。例如,将 NUDAPT44_1km/ 替换为自己的数据目录。

是否需要修改 Registry 文件

1、不需要修改 Registry/Registry.EM_COMMON 文件。

2、城市参数已经包含在 WRF 的输入文件中(如 wrfinput 文件),可以通过以下变量检查参数是否正确加载:

建筑平面面积分数(Plan Area Fraction):

float BUILD_AREA_FRACTION(Time, south_north, west_east) ;
BUILD_AREA_FRACTION:description = "BUILDING PLAN AREA DENSITY" ;

建筑高度分布(建筑高度直方图):

float HEIGHT_HISTOGRAMS(Time, urban_vertical_layers_stag, south_north, west_east) ;
HEIGHT_HISTOGRAMS:description = "DISTRIBUTION OF BUILDING HEIGHTS" ;

建筑表面积与平面面积比:

float BUILD_SURF_RATIO(Time, south_north, west_east) ;
BUILD_SURF_RATIO:description = "BUILDING SURFACE AREA TO PLAN AREA RATIO" ;

平均建筑高度(面积加权):

float BUILD_HEIGHT(Time, south_north, west_east) ;
BUILD_HEIGHT:description = "AVERAGE BUILDING HEIGHT WEIGHTED BY BUILDING PLAN AREA" ;

其他建议

1、可以直接修改二进制文件(NUDAPT 数据目录下的文件)或通过工具(如 w2w 工具或自编代码)替换 geo_em NetCDF 文件中的参数。

2、修改完成后,运行 real.exe 时会将这些参数写入 wrfinput 文件。检查 wrfinput 文件中的上述变量,确保参数已正确加载。

参考

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