WRF模式输出数据处理

Weather Research and Forecasting (WRF) 模型是中尺度数值天气预报系统，可用于大气科学研究和业务预报。WRF模式为完全可压缩以及非静力模式，为了兼顾计算效率和稳定性，水平方向采用Arakawa C网格点，垂直方向则采用地形跟随质量坐标。WRF模式的输出数据通常是netCDF格式，在MeteoInfoLab中可以用addfile函数打开：

文件部分内容如下：

一、交错格点数据处理

Arakawa-C网格点为交错格点，质量相关的变量在网格中心点，U, V, W等矢量在网格的交错点，且位置各不相同。

可以看到数据中维除了south_north, west_east, bottom_top外，还有长度多1的south_north_stag, west_east_stag, bottom_top_stag维。U, V, W变量的数据维如下：

因此处理风场矢量数据首先要考虑的是把交错点数据插值到格点中心位置（通常用线性插值即可），可以用MeteoInfoLab的wrf包中destagger函数。首先读取U, V变量数据，这里固定时间和高度维为0，取出来水平的二维格点数组：

上述交错格点的缘故，u, v两个数组x, y维长度并不一致：

destagger函数第一个参数是多维数组，第二个参数是需要处理的维的序号（-1指数组的最后一维，-2是倒数第二维）：

可以看出destagger后的数组du, dv的shape一致了。

然后可以计算风速并绘图。完整的代码如下：

下面是一个三维风场的例子，体现出了台风高风速区域。

二、常用气象变量数据获取

WRF缺省输出变量中缺一些气象分析常用的变量，比如气压、海平面气压、相对湿度、回波强度等，可以利用已有的变量计算。为了方便使用，wrf包中有一些函数可以直接从数据文件中获取这些变量的数据，比如get_slp函数可以获取海平面气压的数据：

三、数据插值到等压面

WRF输出数据垂直方向是地形跟随质量坐标，插值到等压面需要先获取三维气压数据，再用meteolib包中的log_interpolate_1d函数插值到设定好的等压面上。下面的例子是将u, v数组插值到700和500百帕等压面上，并绘制500百帕等压面上的风场：