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。

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