حساسیت‌سنجی میدان باد سطحی شبیه‌سازی شده‌ توسط مدل WRF در منطقه خلیج فارس به شرایط اولیه و طرحواره‌های پارامترسازی لایه مرزی سیاره‌ای: مطالعه موردی

نوع مقاله: مقاله تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 پژوهشگاه ملی اقیانوس‌شناسی و علوم جوی

2 دانشیار

3 ژوهشگاه ملی اقیانوس‌شناسی و علوم جوی

چکیده

در این کار حساسیت و عملکرد مدل WRF برای میدان باد سطحی به شرایط اولیه و مرزی و طرحواره‌های لایه مرزی سیاره‌ای در طول چندین تاریخ منتخب و به صورت موردی بر روی خلیج فارس ارزیابی می‌شود. چون رویکردهای متفاوتی در تولید و توسعه داده‌های تحلیل و باز تحلیل وجود دارد (مانند سامانه داده گواری) و از طرف دیگر به‌کارگیری روش‌های مختلف پارامترسازی در طرحواره‌های لایه مرزی سیاره‌ای، این تحقیق برای شناسایی مناسب‌ترین انتخاب از بین شرایط اولیه و مرزی متنوع و طرحواره‌های مختلف لایه مرزی هدف‌گذاری شده است. برای این منظور سه مجموعه داده (دو بازتحلیل و یک تحلیل) شامل ERA-Interim، NCEP-R2 و NCEP-FNL و شش طرحواره لایه مرزی سیاره‌ای (دو محلی و چهار غیر محلی) به همراه طرحواره‌های مرتبط به آنها انتخاب شده است. برای ارزیابی مدل از 22 ایستگاه هواشناسی همدیدی واقع در منطقه و مشاهدات دو ماهواره QuikSCAT و ASCAT استفاده می‌شود. یافته‌های این مطالعه نشان می‌دهد که وقتی شبیه‌سازی‌های باد مدل با ایستگاه‌های هواشناسی همدیدی مقایسه می‌شود، صرف نظر از نوع طرحواره لایه مرزی دو مجموعه داده ERA-Interim و NCEP-FNL به عنوان شرایط اولیه و مرزی استفاده می‌شود، عملکرد بهتری نسبت NCEP-R2 دارند. به علاوه با در نظر گرفتن طرحواره‌ها ترکیب طرحواره YSU با داده‌های شرط اولیه ERA-Interim و NCEP-FNL به ترتیب برای سرعت و جهت باد بهترین نتایج از آنها استخراج می‌شود. مقایسه خروجی باد مدل با داده‌های باد دو ماهواره QuikSCAT و ASCAT نشان می‌دهد که تفاوت فاحشی بین پیکربندی‌های مختلف دیده نمی‌شود. با این وجود طرحواره YSU و ACM2 به ترتیب منجر به تولید سرعت و جهت باد نزدیک به مشاهدات QuikSCAT می‌شود. همه پیکربندی‌های مدل تقریباً نتایج مشابهی حاصل از تمام طرحواره‌ها در مقایسه با مشاهدات ASCAT دارند بجر طرحواره YSU که اندکی بهتر از سایر طرحواره‌ها میدان باد را شبیه‌سازی می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Sensitivity of the WRF model surface wind simulations over Persian Gulf to initial conditions and planetary boundary layer parameterization schemes: Case study

نویسندگان [English]

  • Siavash Gholami 1
  • Hasan Khaleghi Zavareh 1
  • Parvin Ghafarian 3
1 --
3 ----
چکیده [English]

In this work‎, ‎sensitivity and performance of the Weather Research and Forecasting (WRF) model for surface wind field simulations are evaluated under several initial and‎ boundary conditions‎, ‎along with‎, ‎different planetary boundary layer (PBL) schemes during several dates over the Persian Gulf region‎. Since there are differences between production approaches and development periods of analysis and reanalysis data (namely‎, ‎assimilation system) on the one hand‎, ‎and‎ differences in method applied for PBL parameterization by any scheme on the other hand‎, ‎this paper aims to identify a suitable set up among the whole configurations which‎ are under examination‎. ‎To this end‎, ‎three datasets (two reanalyses and one analysis) including‎, ‎ERA-Interim‎, ‎NCEP-R2‎, ‎and NCEP-FNL and six PBL‎ schemes (two local and four nonlocal) including ACM2‎, ‎BouLac‎, ‎MYJ‎, ‎MYNN‎, ‎QNSE‎, ‎and YSU accompanied by their relevant surface-layer schemes are used‎. To assess the WRF model wind simulations available observational wind data including 22 synoptic weather stations located in the region and‎ QuikSCAT and ASCAT satellites observations are employed‎.
Findings of this study indicate when the wind simulations are compared with synoptic weather stations observations‎, ‎irrespective of the type of PBL scheme‎, ‎ERA-Interim and‎ NCEP-FNL datasets exhibit better performance in comparison with the NCEP-R2‎. ‎In addition‎, ‎when PBL schemes are also considered‎, ‎results show that the combination of YSU scheme and‎ ERA-Interim reanalysis data leads to a better estimate of wind speed and combination of YSU and NCEP-FNL data generates less error for wind direction‎. Moreover‎, ‎comparison of model wind simulations and observations of QuikSCAT and ASCAT satellites show that there are no substantial differences between various‎ configurations‎. ‎However‎, ‎using YSU and ACM2 scheme‎, ‎WRF model generates speed and direction of the wind close to observations of QuikSCAT‎. All the tests have almost similar results wi0th respect to ASCAT satellite‎, ‎nevertheless YSU scheme estimate slightly better than that of other schemes.
The overall results exhibited from this study revealed that the major difference between WRF wind simulation and measured winds arises from the choice of initial conditions data compared to changing PBL scheme. Consequently, changing initial and boundary data has a noticeable impact on the model wind results and thus in future studies emphasize must be more on reanalysis and analysis datasets and the option of WRF PBL parameterization scheme will be the second priority.
Due to the fairly good similarity of the model surface wind with QuikSCAT and ASCAT, the choice of WRF model simulations as offshore wind database can be a valid available alternative instead of QuikSCAT and ASCAT wind, particularly when meeting their limitation in spatial resolution (swath data) or temporal sampling.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Surface wind
  • WRF
  • Initial/Boundary conditions
  • Persian Gulf
  • PBL scheme