موثرترين طرحواره در بهبود عملكرد مدل WRF جهت پيش بيني بارش در منطقه شمال غرب ايران -مطالعه موردي

The most effective scheme in improving the performance of the WRF model for precipitation over northwest Iran

هدف اين مقاله بررسي عملكرد طرحواره هاي مختلف در مدل WRF براي تخمين بارش بر روي منطقه‌ي شمال غرب ايران در بارش زمستاني است. با توجه به روابط بين طرحواره‌ها ابتدا با روش گام به گام بهترين طرحواره‌ي پارامتري سازي همرفت با استفاده از مجذور ميانگين مربعات (RMSE) و سپس بهترين طرحواره‌ي خردفيزيك انتخاب گرديد، سپس در بهترين پيكربندي بدست‌آمده در مرحله پيشين، طرحواره‌ي بهينه تابش موج بلند و كوتاه، لايه مرزي و سطحي انتخاب شدند. در نهايت طرحواره‌ها‌ي Lin et al.، Eta Similarity، MYJ، RRTM و Dudhia به عنوان طرحواره‌هاي بهينه براي شبيه‌سازي بارش روي شمال‌غرب ايران انتخاب شد. در اين مطالعه تركيب هايي از طرحواره ها كه بيشترين و كمترين اثر را در پراكنش داده‌هاي بارش‌هاي شبيه سازي‌ شده دارند، نيز مشخص گرديد. بدين منظور 36 پيكر بندي اختيار شده براي طرحواره‌هاي تابش موج بلند، تابش موج كوتاه و لايه مرزي در 12 گروه سه تايي با چرخش طرحواره‌ي تابش موج كوتاه و 12 گروه سه تايي با چرخش طرحواره‌ي موج بلند و در 9 گروه 4 تايي با چرخش طرحواره ي لايه مرزي تقسيم شد و انحراف معيار بارش شبيه سازي شده براي اين 33 گروه محاسبه شد. بدين طريق در بين پيكربندي‌هاي ايجاد شده، پيكربندي‌هايي كه بيشترين و كمترين اثر را در تخمين بارش شش ساعته و پراكندگي آنها دارند مشخص شدند. نتايج مطالعه‌ نشان داد كه تغيير در انتخاب طرحواره‌ي لايه مرزي هنگامي كه طرحواره ي تابش موج بلند RRTM و طرحواره‌ي تابش موج كوتاه Goddard باشد، مي‌تواند نتايج را به مشاهده نزديك تر كند.

Evaluation of the performance of the parameterization schemes used in the WRF model is assessed for precipitation over northwest Iran at a 5 km by 5 km grid. Simulations are performed for a winter day. A step-wise decision approach is followed, beginning with seven simulations for the various Cumulus schemes and then four microphysics schemes; after that, 36 different configurations of the model’s PBL, Long-wave, Short-wave, and Land Surface schemes were tested. Root-Mean-Squared-Error chooses the best performing scheme at each step. The concluding scheme set consists of the Lin et al. microphysics scheme, the MYJ PBL scheme, the Dudhia scheme for shortwave, the RRTM for longwave radiation, Eta Similarity option for the Land Surface scheme, and without cumulus scheme.
In this study, combinations of schemas that have the most and least effect on the distribution of simulated precipitation data were also identified. For this purpose, 36 configurations are adopted for longwave radiation, shortwave radiation, and boundary layer schemes in 12 groups of three with rotation of shortwave radiation and 12 groups of three with rotation of longwave schema, and in 9 groups of 4 with rotation of the boundary layer scheme was divided, and simulated precipitation variance and sd was calculated for these 33 groups. Thus, among the configurations created, the configurations that have the most and the least effect in estimating the six-hour rainfall and their scattering were identified. The results of the scatter study of each group of precipitation estimated data calculated by variance showed that the change in the choice of the boundary layer scheme when longwave radiation scheme is the RRTM scheme and short wave radiation scheme is the Goddard scheme, can bring the results closer to observation. Changes in the choice of shortwave radiation when longwave radiation is CAM and boundary layer scheme is the MYJ scheme has the least effect on precipitation estimation. This indicates the variability of selecting the most effective schema in precipitation prediction and can be influential in choosing the configuration in ensemble precipitation.