【WRF-Urban】Urban 模块是否运行完成及与标准 WRF 的区别

在运行 WRF-Urban 模型 后，判断 Urban 模块是否运行完成以及分析其结果与标准 WRF 的区别，需要从 日志文件、输出 NetCDF 文件 和 模型物理参数的变化 等方面着手。

1. 如何判断 WRF-Urban 部分是否运行完成？

(1) 检查 WRF 的输出日志文件

WRF 模型运行时会生成标准输出日志文件（如 rsl.out.0000 或 wrf.log）。通过检查日志文件内容，可以确认 Urban 模块是否被调用以及是否运行完成：

关键日志信息：
WRF-Urban 的运行会输出特定的日志内容，具体取决于所使用的 Urban 模式（如单层城市冠层模型 SLUCM 或多层城市冠层模型 BEP/BEM）。以下是一些关键提示：

1、如果使用 单层城市冠层模型（SLUCM）：

Urban model: Single-layer urban canopy model.

或：

Urban scheme activated: SLCM (single-layer canopy model).

• 如果看到此类信息，说明 Urban 模块被正确调用。
• 如果未看到此类信息，则说明 Urban 模块未被启用，可能是 namelist.input 文件未正确配置。

2、如果使用 多层城市冠层模型（BEP/BEM）：

Urban model: BEP/BEM urban canopy model activated.

或：

Urban modeling using BEP or BEM is ON.

(2) 检查 namelist.input 文件的配置

要确保 Urban 模块运行完成，必须在 namelist.input 文件中正确开启相关参数。以下是一些关键配置项：

1、物理参数（physics）部分：

sf_urban_physics = 1

• sf_urban_physics=1：启用单层城市冠层模型（SLUCM）。
• sf_urban_physics=2 或 3：启用多层城市冠层模型（BEP 或 BEM）。
• 如果未设置 sf_urban_physics 或其值为 0，则 Urban 模块不会运行。

2、地理数据（geogrid）部分：

需要确保使用了城市相关的输入数据（如城市分数 FRC_URB2D 和城市参数 URB_PARAM）。
如果地理数据缺失，Urban 模块可能会运行失败或被跳过。

3、城市参数配置（可选）：
如果自定义了城市相关参数（如 URB_PARAM 数据），需要确认这些数据已成功嵌入到 WRF 的静态地理文件（geo_em.d0X.nc）中。

(3) 检查输出文件中的 Urban 相关变量

WRF-Urban 模型运行完成后，会在输出文件（wrfout_d0X_*）中生成以下特定的城市变量：

1、单层城市冠层模型（SLUCM）输出变量：

• TKE_CAN：城市冠层湍流动能。
• T2_CAN：城市冠层的 2 米温度。
• Q2_CAN：城市冠层的 2 米比湿。
• CANWAT：城市冠层中的积水。

2、多层城市冠层模型（BEP/BEM）输出变量：

• UST_URB：城市冠层的摩擦速度。
• HFX_URB：城市冠层的感热通量。
• QFX_URB：城市冠层的潜热通量。
• AHF：人为热通量（如果 URB_PARAM 中定义了此变量）。

检查方法： 打开输出文件，查看是否包含以上变量：

ncdump -h wrfout_d01_YYYY-MM-DD_HH:MM:SS

如果文件中包含这些城市变量，说明 Urban 部分已运行完成。

另，也可用Python代码输出wrfout输出文件的所有变量，Python代码如下：

def check_urban_variables(file_path, flag=0):
    """
    检查给定 wrfout 文件中是否包含 WRF-Urban 模型的特定城市变量。

    参数:
    file_path (str): wrfout 文件的路径
    flag (int): 检查的模型类型：
                - 0: 检查单层城市冠层模型（SLUCM）相关变量
                - 1: 检查多层城市冠层模型（BEP/BEM）相关变量

    返回:
    None
    """
    # 使用 netCDF4 打开 wrfout 文件
    dataset = Dataset(file_path)

    # 定义单层城市冠层模型（SLUCM）的变量
    slucm_variables = ["TKE_CAN", "T2_CAN", "Q2_CAN", "CANWAT"]
    # 定义多层城市冠层模型（BEP/BEM）的变量
    bep_bem_variables = ["UST_URB", "HFX_URB", "QFX_URB", "AHF"]

    print(f"\n文件: {file_path}")
    print("检查城市相关变量...\n")

    if flag == 0:
        # 检查单层城市冠层模型变量
        print("单层城市冠层模型（SLUCM）相关变量:")
        for var in slucm_variables:
            if var in dataset.variables:
                print(f"  - {var}: 存在")
            else:
                print(f"  - {var}: 不存在")
    elif flag == 1:
        # 检查多层城市冠层模型变量
        print("多层城市冠层模型（BEP/BEM）相关变量:")
        for var in bep_bem_variables:
            if var in dataset.variables:
                print(f"  - {var}: 存在")
            else:
                print(f"  - {var}: 不存在")
    else:
        print(f"无效的 flag 值：{flag}。请输入 0（SLUCM）或 1（BEP/BEM）。")

    # 关闭 NetCDF 文件
    dataset.close()

ncdump -h wrfout_d03_2020-07-07_00:00:00 | grep TKE_CAN

如果变量未出现在输出中，则需要检查注册文件。

参考