觀測預處理程序（OBSPROC）的詳細介紹可參見另一博客-【WRFDA運行第一期】運行觀測預處理程序（OBSPROC）。

本博客針對 WRFDA 教程中 “運行WRFDA”章節進行詳細介紹。

一、準備階段：下載并解壓測試數據

WRFDA 運行需要 3 個主要輸入文件：

輸入數據類型	格式	生成方式
第一猜測場（初始場）	NetCDF	WPS + real.exe 或 wrfout 輸出
觀測數據	ASCII 或 PREPBUFR	OBSPROC
背景誤差統計文件	二進制	gen_be 工具 或 通用 CV3

步驟一：設置數據目錄環境變量

setenv DAT_DIR /your/path/to/data

步驟二：下載并解壓測試數據

從 測試數據下載頁面 獲取 WRFDAV4.0-testdata.tar.gz，存入 $DAT_DIR，然后：

cd $DAT_DIR
gunzip WRFDAV4.0-testdata.tar.gz
tar -xvf WRFDAV4.0-testdata.tar

解壓后應看到以下文件：

ob/2008020512/ob.2008020512           # LITTLE_R 格式觀測數據
rc/2008020512/wrfinput_d01            # 第一猜測場
rc/2008020512/wrfbdy_d01              # 邊界條件文件
be/be.dat                             # 背景誤差統計文件

二、運行 3DVAR 教學實驗

步驟一：創建工作目錄并設置環境變量

mkdir -p $WRFDA_DIR/workdir
cd $WRFDA_DIR/workdir
setenv WORK_DIR $WRFDA_DIR/workdir

步驟二：準備文件和鏈接

cp $DAT_DIR/namelist.input.3dvar namelist.input
ln -sf $WRFDA_DIR/run/LANDUSE.TBL .
ln -sf $DAT_DIR/rc/2008020512/wrfinput_d01 ./fg
ln -sf $DAT_DIR/ob/2008020512/obs_gts_2008-02-05_12:00:00.3DVAR ./ob.ascii
ln -sf $DAT_DIR/be/be.dat .
ln -sf $WRFDA_DIR/var/da/da_wrfvar.exe .

步驟三：編輯 namelist.input（如無特殊需求可不修改）

關鍵設置如下：

&wrfvar1var4d = false,
/&wrfvar3ob_format = 2,   # 2 表示 ASCII 格式觀測數據
/&wrfvar6max_ext_its = 1,ntmax = 50,orthonorm_gradient = true,
/&wrfvar7cv_options = 5,  # 使用 CV5 背景誤差選項
/&wrfvar18analysis_date="2008-02-05_12:00:00.0000",
/&wrfvar21time_window_min="2008-02-05_11:00:00.0000",
/&wrfvar22time_window_max="2008-02-05_13:00:00.0000",
/&domainse_we=90, e_sn=60, e_vert=41,dx=60000, dy=60000,
/&physicsmp_physics=3,ra_lw_physics=1,ra_sw_physics=1,bl_pbl_physics=1,cu_physics=1,
/

📝 若使用 PREPBUFR 觀測數據，請將 ob_format=1，并鏈接 ob.bufr 文件。

步驟四：執行 WRFDA

./da_wrfvar.exe >& wrfda.log

成功運行后：

• 會生成 wrfvar_output（WRFDA 分析場，即新的 wrfinput）
• 會生成 namelist.output.da（完整 namelist 輸出）
• 日志文件為 wrfda.log 或 rsl.out.0000

日志分析（wrfda.log）

日志中包含：

• 觀測數據類型統計（如 METAR、SHIP、GPSPW 等）
• 成本函數最小化過程（CG 迭代）
• 最終分析結果：

Final value of J            =     29185.68177
Final value of Jo           =     23086.99122   # 觀測項
Final value of Jb           =      6098.69056   # 背景項
Total number of obs.        =    37570

表示 WRFDA 成功完成，并對觀測與背景信息進行最優化融合。

進階實驗建議：對比不同設置的影響

1?? 收斂性測試（更嚴格的收斂條件）

&wrfvar6eps = 0.0001,
/

2?? 激活外循環（outer loop）

&wrfvar6max_ext_its = 2,
/

?? 若啟用 outer loop 且使用 CV3，需要指定 as1~as5 縮放因子。

3?? 控制觀測類型參與同化
在 &wrfvar4 中關閉某類觀測，例如關閉 SYNOP：

use_synopobs = false,

輸出文件說明

文件名	說明
wrfvar_output	同化分析結果，可作為 WRF 初始場
namelist.output.da	最終 namelist 設置
wrfda.log / rsl.out.0000	日志信息
其他 *.txt / *.dat 文件	診斷結果（如增量、誤差、創新向量等）

三、運行 4DVAR 教學實驗

目標：使用 WRFDA 4DVAR 運行 2008 年 2 月 5 日 12UTC 的教學案例， assimilate 6 小時窗口內（12UTC–18UTC） 的常規觀測數據。

步驟1：準備工作目錄與環境變量

setenv WRFDA_DIR /your/path/to/WRFDA
mkdir -p $WRFDA_DIR/workdir
cd $WRFDA_DIR/workdir
setenv WORK_DIR $WRFDA_DIR/workdir
setenv DAT_DIR /your/path/to/testdata

測試數據中應包含如下子目錄：

$DAT_DIR/
├── ob/2008020512/
├── ob/2008020513/
├── ob/2008020514/
├── ob/2008020515/
├── ob/2008020516/
├── ob/2008020517/
├── ob/2008020518/
├── rc/2008020512/
└── be/

步驟2：鏈接可執行文件與輸入數據

1. 鏈接 da_wrfvar.exe 執行文件：

ln -fs $WRFDA_DIR/var/da/da_wrfvar.exe .

2. 鏈接 7 個小時槽（slots）內的觀測數據（ASCII 格式）

ln -fs $DAT_DIR/ob/2008020512/ob01.ascii ob01.ascii
ln -fs $DAT_DIR/ob/2008020513/ob02.ascii ob02.ascii
ln -fs $DAT_DIR/ob/2008020514/ob03.ascii ob03.ascii
ln -fs $DAT_DIR/ob/2008020515/ob04.ascii ob04.ascii
ln -fs $DAT_DIR/ob/2008020516/ob05.ascii ob05.ascii
ln -fs $DAT_DIR/ob/2008020517/ob06.ascii ob06.ascii
ln -fs $DAT_DIR/ob/2008020518/ob07.ascii ob07.ascii

3. 鏈接第一猜測 wrfinput、邊界條件、背景誤差文件等

ln -fs $DAT_DIR/rc/2008020512/wrfinput_d01 .
ln -fs $DAT_DIR/rc/2008020512/wrfbdy_d01 .
ln -fs wrfinput_d01 fg
ln -fs $DAT_DIR/be/be.dat .

4. 鏈接運行所需的靜態表格文件

ln -fs $WRFDA_DIR/run/LANDUSE.TBL .
ln -fs $WRFDA_DIR/run/GENPARM.TBL .
ln -fs $WRFDA_DIR/run/SOILPARM.TBL .
ln -fs $WRFDA_DIR/run/VEGPARM.TBL .
ln -fs $WRFDA_DIR/run/RRTM_DATA_DBL RRTM_DATA
ln -fs $WRFDA_DIR/run/CAMtr_volume_mixing_ratio .

?? CAMtr_volume_mixing_ratio 是從 WRFDA v4.4 開始進行 4DVAR 所需文件。

步驟3：配置 namelist.input

cp $DAT_DIR/namelist.input.4dvar namelist.input

?? 修改以下關鍵參數：

1. 開啟 4DVAR 功能

&wrfvar1var4d = true,var4d_lbc = false,   ! 若不處理邊界條件，請設為 falsevar4d_bin = 3600,    ! 每小時一個槽 slot
/

2. 時間設置（必須一致）

&wrfvar18analysis_date="2008-02-05_12:00:00.0000",
/&wrfvar21time_window_min="2008-02-05_12:00:00.0000",
/&wrfvar22time_window_max="2008-02-05_18:00:00.0000",
/&time_controlrun_hours = 6,start_year = 2008, start_month = 02, start_day = 05, start_hour = 12,end_year = 2008,   end_month = 02,   end_day = 05,   end_hour = 18,interval_seconds = 21600,debug_level = 0,
/

? analysis_date、time_window_min、start_hour 必須一致，time_window_max = end_hour，run_hours 為時間窗口長度（單位小時）。

步驟4：可選-使用邊界條件控制變量（var4d_lbc）

如需啟用邊界控制變量，請：

1、設置 var4d_lbc = true
2、鏈接時間窗口末尾的 wrfinput_d01 文件：

ln -fs $DAT_DIR/rc/2008020518/wrfinput_d01 fg02

?? 初學者建議關閉該功能（false），直到完全理解其原理。

如果使用 PREPBUFR 格式觀測數據

1、設置：

&wrfvar3ob_format = 1,
/

2、鏈接數據文件：

ln -fs $DAT_DIR/ob/2008020512/gdas1.t12z.prepbufr.nr ob01.bufr
ln -fs $DAT_DIR/ob/2008020518/gdas1.t18z.prepbufr.nr ob02.bufr

運行 WRFDA 4DVAR

單核運行：

./da_wrfvar.exe >& wrfda.log

并行運行（推薦）：

mpirun -np 4 ./da_wrfvar.exe >& wrfda.log &

? MPI 命令依賴于平臺，日志將輸出至 rsl.out.0000、rsl.error.0000 等文件。

輸出文件說明

文件名	說明
wrfvar_output	分析時間初始場（12UTC）
ana02（可選）	若啟用 var4d_lbc，為 18UTC 的分析結果
namelist.output.da	實際運行時使用的完整 namelist
wrfda.log / rsl.out.####	日志文件，記錄運行狀態和診斷信息
其他 txt 文件	診斷數據、創新向量、代價函數等

另：運行建議與調試技巧

? 減少迭代次數（加快運行）

&wrfvar6ntmax = 30,
/

---

? 檢查觀測數據是否正確被讀取
在日志中查找：

Observation summaryob time 1metar = xxxxship  = xxxxpilot = xxxx...

---

? 代價函數最小化過程示例（日志中）：

Starting outer iteration : 1
Starting cost function: 5.3E+04, Gradient= 8.1E+02
...
Final value of J = 2.91E+04

參考