【WRF模拟】最高/最低日气温偏高/偏低的参数调整

在WRF（Weather Research and Forecasting）模式中，如果模拟结果与实测站点数据相比出现 最高日气温偏高 和 最低气温偏低 的问题，通常表明模型在处理地表能量平衡、辐射和云量等过程中存在偏差。

这种现象可能是由于地表参数化方案、边界层方案或其他相关物理参数化配置的问题。

影响气温的因素

地面反射率影响气温
在同样的太阳辐射条件下，由于反射率不同，地面所获得的太阳辐射有很大差异，这就是地面温度分布不均匀的原因。
下垫面的反射率可以通过人为措施来改变，从而影响地面辐射能的收入，以改变气候，解决生产上的问题。
由空气质点的逆散射、反射、云的反射，以及地面反射所组成的整个地球反射率，称地球行星反射率，据计算，全球平均约为31%。

地表粗糙度影响气温
不同的地表类型，粗糙度不同，例如森林的粗糙度大于草地，更容易产生大气的湍流运动，有助于地表的热量向大气扩散，从而使地表气温下降。
也就是说，如果城市的粗糙度小于郊区的粗糙度，就会出现较强的热岛效应。 相反地，如果城市的粗糙度大于郊区的粗糙度，那么就会产生与热岛效应相反、城市温度低于郊区温度的“冷岛效应”。

WRF 调整措施

以下是一些可能需要调整的参数或方案：

1. 陆面过程参数化方案（Land Surface Model, LSM）

问题原因：

• 日最高气温偏高可能与地表感热通量过强或地表反照率较低有关。
• 夜间最低气温偏低可能与地表长波辐射释放过多或地表热容不足有关。

调整建议：

• 检查 陆面模式（LSM） 的选择，如 Noah、Noah-MP、CLM 等。Noah-MP（多参数化陆面模式）通常在处理地表能量平衡和水文循环方面表现更好。
• 调整土壤湿度初始化（初始土壤湿度不足会导致日间温度升高，夜间降温）。
• 修改地表参数（如地表反照率、植被覆盖类型等）以更贴合实际条件。

2. 行星边界层方案（PBL Scheme）

问题原因：
边界层方案控制地表和大气之间的湍流交换。如果边界层混合过强，可能导致白天热量积累过多，夜间散热过快。

调整建议：

• 测试不同的边界层方案（如 MYJ、YSU、ACM2 等），其中 YSU 边界层方案通常能更好地模拟夜间稳定边界层条件，但也可能需要结合地表参数化进行微调。
• 调整湍流交换系数（如湍流动能 TKE 的参数）以改善日夜温差。

3. 辐射方案（Radiation Scheme）

问题原因：

• 日最高温偏高可能与短波辐射吸收过多有关（如云量低估或反照率设置偏低）。
• 夜间最低温偏低可能与长波辐射释放过多有关（如夜间云量低估）。

调整建议：

• 测试其他短波和长波辐射方案，如 RRTMG（较为常用且全面的辐射方案）。
• 检查云微物理方案（微物理方案影响云量和辐射过程），如 WSM6、Thompson 等，是否对云量有明显低估。

4. 初始和边界条件

问题原因：
初始条件（如土壤湿度、地表温度）和边界条件（如气象再分析数据）对地表和大气的热交换有直接影响。

调整建议：

• 使用更精细的气象再分析数据（如 ERA5，而不是较低分辨率的 GFS 数据）。
• 调整土壤湿度、植被覆盖、地表粗糙度等初始化变量，确保其与研究区域的实际条件一致。

5. 其他可能需要调整的参数

1、地表粗糙度（Surface Roughness）：
较低的粗糙度可能导致昼夜温差偏大。可以通过修改地表类型（如植被覆盖）或直接调整粗糙度参数进行优化。

2、地表反照率（Albedo）：
如果地表反照率设置过低，日间吸收的太阳辐射会过多，导致最高温度偏高。

3、土壤热通量参数：
土壤热通量影响地表温度日变化幅度。可以通过调整与土壤热容和导热率相关的参数来改善。

6. 模式分辨率

问题原因：
分辨率过低可能导致地形、地表类型等细节被平滑化，从而影响昼夜温差的模拟。

调整建议：
提高水平分辨率（如从 9 km 提高到 3 km）以更准确地捕捉地形和地表特征对气温的影响。

参考