【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 入的數(shù)據(jù)及計(jì)算機(jī)格式要求（ Summary of Data and Computer Requirements） CALMET 氣象模塊數(shù)可以輸入多種數(shù)據(jù)，常用的輸入數(shù)據(jù)簡(jiǎn)要概述如下： ? 地面站氣象數(shù)據(jù)（ Surface Meteorological Data） CALMET 模塊要求輸入盡量多的氣象地面站的每日逐時(shí)觀測(cè)資料，包括風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、云底高度、云量、氣壓和相對(duì)濕度。對(duì)于所獲得的地面站觀測(cè)資料，允許 溫度，云量、氣壓等數(shù)據(jù)有缺失時(shí)，但應(yīng)用最近的地面站數(shù)據(jù)取代那些無(wú)效值。 ? 探空氣象數(shù)據(jù)（ Upper Air Data） CALMET模塊要求輸入至少 1個(gè)氣象探空站的每日探空資料，包括風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓和抬升高度的垂直廓線。對(duì)于所獲得的觀測(cè)資料，如果風(fēng)速、風(fēng)向或溫度等有缺失時(shí)，探空站中通過(guò)內(nèi)插的方法獲得數(shù)據(jù)取代那些無(wú)效值。 ? 海上觀測(cè)數(shù)據(jù) (Overwater Observations) 如果所模擬的區(qū)域包括水面或受海洋的影響很大時(shí)，模型應(yīng)用軟件中還涉及到了海上氣流的傳輸和擴(kuò)散，因而 CALMET 邊界層模塊中還需要觀測(cè)海面氣流中的一些參數(shù)，包括：海氣溫度差、氣溫、相對(duì)濕度、海上混和層高、風(fēng)速 風(fēng)向等。 14 ? 地理數(shù)據(jù)（ Geophysical Data） CALMET模型還要求需要輸入地理數(shù)據(jù)，包括網(wǎng)格化了的海拔高度和土地利用類型數(shù)據(jù)。有時(shí)也需要輸入一些其它網(wǎng)格化了的地理參數(shù)，比如：地表粗糙度、反照率、波恩比、土壤熱通量常數(shù)、人為熱通量及植被覆蓋率等。 在對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，需要變成 National Climatic Data Center39。s (NCDC)的格式輸入計(jì)算機(jī)，或者可以以外部文件 的形式輸入。 3 CALMET模塊使用說(shuō)明 控制文件（ ）的建立 CALMET 模型的選項(xiàng)和控制都由控制文件 執(zhí)行， 包含了能詳細(xì)描述模型運(yùn)行的所有信息，如：模型運(yùn)行起始時(shí)間、水平和垂直網(wǎng)格數(shù)、模型選項(xiàng)標(biāo)記、地理數(shù)據(jù)（海拔高度、土地利用類型及地面特征）等。 可以通過(guò)傳統(tǒng)的編輯方式直接建立，也可以通過(guò)在windows 下運(yùn)行的 輸入界面間接的建立。通過(guò)對(duì) 的信息輸入，不僅能形成控制文件，而且 能使模型運(yùn)行，也可優(yōu)化文件的管理功能。 大體上主要通過(guò)以下 10 組信息輸入和一個(gè)三行的標(biāo)題完成，若不在 界面中而是使用傳統(tǒng)方式輸入時(shí)，組內(nèi)的變量可以不按順序自由輸入，但各組應(yīng)該按順序輸入，每組信息輸入完成后應(yīng)以一個(gè)輸入 !END!表示結(jié)束，通常都是在 界面中輸入信息形成控制文件的。 具體輸入內(nèi)容如下： ? 標(biāo)題（ Run Title） 概括性的描述了模型的選項(xiàng)，包括網(wǎng)格數(shù)；網(wǎng)格間距；采用的風(fēng)場(chǎng)及所用地面站、地表站、降水資料等情況。 ? 輸入文 件和輸出文件的名稱（ Input and Output File Names） 地理、氣象等數(shù)據(jù)因?yàn)閿?shù)據(jù)比較繁多，一般以外部文件的形式輸入，形成、 、 和 等輸入文件。另外還應(yīng)指定輸出文件的路徑和名稱，如 和 ，這些文件中包含了CALMET 氣象場(chǎng)的信息，以便在 CALPUFF 模塊中使用。 ? 運(yùn)行時(shí)一般的控制參數(shù)（ General Run Control Parameters） 15 模型運(yùn)行時(shí)常規(guī)的輸入信息，如：起始 時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間、模擬區(qū)域所處的時(shí)區(qū)及一些其它的運(yùn)行選項(xiàng)（如：模擬過(guò)程中是只計(jì)算風(fēng)場(chǎng)還是風(fēng)場(chǎng)和氣象參數(shù)都需要計(jì)算？默認(rèn)值 0代表只計(jì)算風(fēng)場(chǎng)，默認(rèn)值 1表示風(fēng)場(chǎng)和氣象參數(shù)都需要計(jì)算） ? 網(wǎng)格控制參數(shù)（ Grid Control Parameters） 包括網(wǎng)格數(shù)、網(wǎng)格間距、垂直層高度取值、坐標(biāo)系的選取及模擬區(qū)域起始點(diǎn)坐標(biāo)等。當(dāng)模擬區(qū)域范圍比較大時(shí)，常采用蘭伯特坐標(biāo)系。 ? 輸出文件時(shí)的選項(xiàng)（ Output Options） 指的是輸出文件時(shí)對(duì)一些氣象變量是否輸出的決定，如是否以特定的格式輸出 MET 氣象場(chǎng)、采取 什么樣的格式輸出（ 或者 ）、輸出指定的 U, V 風(fēng)速層、 w 風(fēng)速層、 3D 溫度層等。 ? 氣象數(shù)據(jù)選擇（ Meteorological Data Options） 包括模擬區(qū)域所采用的地面站、探空站、降水站、海洋站的個(gè)數(shù)，還有一些關(guān)于降水變量的選項(xiàng)。 ? 風(fēng)場(chǎng)選項(xiàng)及參數(shù)（ Wind Field Options and Parameters） 在選擇風(fēng)場(chǎng)時(shí)，可以選擇客觀分析風(fēng)場(chǎng)（ Objective analysis only）或診 斷風(fēng)（ Diagnostic wind module），在 CALMET 中，通常選擇診斷風(fēng)場(chǎng)模塊。 另外還要考慮是否計(jì)算 Froude 數(shù)、考慮動(dòng)力地形學(xué)影響、用 O39。Brien 調(diào) 整垂直速率、坡風(fēng)、外堆或內(nèi)插探空層等一系列問(wèn)題。而且還應(yīng)對(duì)影響半徑 （ radius of influence parameters）、 weighting factors, barrier data 等作出計(jì)算和選擇。 ? 混和層高度、溫度和降水參數(shù)（ Mixing Height, Temperature, and Precipitation Parameters） 1）混和層 高度經(jīng)驗(yàn)值 Neutral, mechanical equation 為 ，湍流系數(shù)為 ，穩(wěn)定海拔高度 2400，Overwater mixing ht. equation 為 ， Coriolis 參數(shù)默認(rèn)值是 : 。 2） Spatial averaging of mixing heights 3）其它的混和層高度變量 海陸混和層高度最大指和最小值、氣溫直減率最小值（常默認(rèn)為 ）、Depth of layer above current height、氣 溫插補(bǔ)類型（ 1/R 或 1/R**2）、 16 氣溫插補(bǔ)影響半徑、氣溫插補(bǔ)時(shí)站數(shù)的最大值、是否進(jìn)行氣溫空間平均、降水插補(bǔ)類型（ 1/R、 1/R**2 或 EXP/R**2）、降水影響半徑、降水概率最小值。 ? 地面站參數(shù)（ Surface Meteorological Station Parameters） 站名（ Name）、編號(hào)（ ID）、坐標(biāo)（ X， Y）、時(shí)區(qū)及外部輸入文件名。 ? Upper Air Station Parameters 站名（ Name）、編號(hào)（ ID）、坐標(biāo)（ X， Y）、時(shí)區(qū)及外部輸入文件名。 ⑴ Precipitation Station Parameters 站名（ Name）、坐標(biāo)（ X， Y）、時(shí)區(qū)及外部輸入文件名。 CALMET外部輸入文件 ? 地理數(shù)據(jù)文件 () 文件中包含的是 CALMET 模塊中所需的地理數(shù)據(jù)，包括土地利用類型、海拔高度及一些其它地表參數(shù)（如：地表粗糙度、反照率、波恩比、土壤熱通量參數(shù)等），其中土地利用類型和海拔高度以網(wǎng)格化的形式輸入。模型中提供了與土地利用類型相關(guān)的參數(shù)默認(rèn)值。 具體 文件格式見(jiàn)表 2－ 2。包括文件標(biāo)題（小于 80 字符）、 X 軸網(wǎng)格數(shù)目、 Y 軸網(wǎng)格數(shù)目、水平網(wǎng)格間距、模擬區(qū)域起始點(diǎn)坐標(biāo) (X、 Y)、模擬區(qū)域所處的 UTM 區(qū)域（全球共分 60 個(gè)區(qū)）、是否使用缺省土地使用類（ 0 表示使用，1 表示不使用）、土地利用類型數(shù)據(jù)庫(kù)、海拔高度數(shù)據(jù)庫(kù)。 默認(rèn)的土地利用類型基于美國(guó)的土地利用分類系統(tǒng)（ USGS），見(jiàn)表 國(guó)土地利用類型分類系統(tǒng)中，把土地利用類型分為 14 類，即城鎮(zhèn)用地、農(nóng)業(yè)非灌溉用地、農(nóng)業(yè)灌溉用地、牧地、林地、小水體、河口用地、大水體、沼澤地、覆蓋有植被的沼澤地、無(wú)植被覆蓋的沼澤地、裸露地、凍土和冰原地帶。各種土地利用類型都 有相應(yīng)的標(biāo)號(hào)，另外，在這 14 種類型中又有更細(xì)的劃分，共分為52 類。比如城鎮(zhèn)用的又可分為工業(yè)用地、住宅用地、商業(yè)用地等。在確定土地利用類型時(shí)，可以通過(guò)查詢獲得。 17 表 2－ 2 文件格式 18 表 2－ 3 美國(guó)土地利用類型分類系統(tǒng) ? 探空數(shù)據(jù)文件 (、 ……) CALMET 的探空文件是從 中讀取的。建立探空數(shù)據(jù)文件時(shí)，可以通過(guò) READ56 或者 READ62 預(yù)處理程序處理成 NCDC 格式，也可以通過(guò)FORTTRON 語(yǔ)言編制應(yīng)用程序，輸出后使數(shù)據(jù)格式與 指定的格式相符。具體 文件格式見(jiàn)表 2－ 4。文件中包含的內(nèi)容有：開(kāi)始年、序列天、格林威治（ GMT）時(shí)；結(jié)束年、序列天、格林威治（ GMT）時(shí)； TOP 層壓強(qiáng)；初始文件夾格式（ TD6201 格式或 NCDC CDROM 格式 )、數(shù)據(jù)塊（壓強(qiáng)、海拔高度、溫度、風(fēng)速和風(fēng)向）。 表 2－ 4 文件格式 19 ? 地面站數(shù)據(jù)文件 () CALMET 中對(duì)于 文件可以通過(guò)兩種方式建立。一種是通過(guò)SMERGE 氣象預(yù)處理程序建立， SMERGE 預(yù)處理程序可以把時(shí)測(cè)到的地表氣象數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)化成與 CALMET 模型相適應(yīng)的 NCDC 格式。這種方法適合于有很多地面站、數(shù)據(jù)量很大的情況下使用。第二種方法是根據(jù)給定的格式手寫入所需的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量小的時(shí)候可以使用這種方法。 表 2－ 5 是一個(gè)關(guān)于 的簡(jiǎn)單的例子。在 文件中，包含有： 開(kāi)始和結(jié)束的年、序列天和當(dāng)?shù)貢r(shí)間；時(shí)區(qū)；站數(shù)和站號(hào)及數(shù)據(jù)快（風(fēng)速、風(fēng)向、云層高度、云量、氣溫、相對(duì)濕度、壓強(qiáng)及降水編號(hào) ——0 表示沒(méi)有降水， 118表示液態(tài)降水， 45 表示固態(tài)降水）。數(shù)據(jù)都是以 FORTRAN 語(yǔ)言格式讀取的。 20 表 2－ 5 文件格式 ? 海洋數(shù)據(jù)文件 (, , ...) 當(dāng)所模擬的區(qū)域內(nèi)有水域的存在時(shí)， CALMET 模型中要考慮水氣的傳輸于擴(kuò)散，而且在選擇邊界層參數(shù)時(shí)，應(yīng)該觀測(cè)水 —?dú)鉁囟炔町?、空氣氣溫、相?duì)濕度及海上混和層高度。盡管在 file 中氣溫直減率有默認(rèn)值，但是當(dāng)考慮了水氣溫差后，必須重新給定氣溫直減率。在 文件中，通過(guò)特殊的方式觀測(cè)了風(fēng)速和風(fēng)向。另外，海洋站觀測(cè)的數(shù)據(jù)不能對(duì)其進(jìn)行插補(bǔ)，只能用 文件代替 文 件，而且 文件中不能有風(fēng)速、風(fēng)向等數(shù)據(jù)的缺失，否則會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)果。 表 26 為一個(gè)簡(jiǎn)單的 文件例子。所包含的內(nèi)容為：站名； ID 號(hào)及數(shù)據(jù)塊 ——觀測(cè)點(diǎn) UTM 坐標(biāo)（ X、 Y）、經(jīng)度、緯度、開(kāi)始年、開(kāi)始序列天、開(kāi)始時(shí)、結(jié)束年、結(jié)束序列天、結(jié)束時(shí)、水氣溫差、氣溫、濕度、混和層高度、混和層氣溫下遞減率、混和層氣溫上遞減率、風(fēng)速和風(fēng)向。 21 表 26 文件格式 ? 降水?dāng)?shù)據(jù)文件 () 當(dāng) CALPUFF 模型中考慮濕氣消除運(yùn)算法則（ wet removal algorithm）時(shí)， CALMET 就必須生成網(wǎng)格化的時(shí)變降水率。可以通過(guò) PXTRACT 和 PMERGE預(yù)處理程序重新格式化 NWS 降水?dāng)?shù)據(jù)生成可被 CALMET 模型接受的 TD3240格式。具體 文件見(jiàn)表 27。文件中包含：開(kāi)始年、序列天、時(shí)；結(jié)束年、序列天、時(shí)；時(shí)區(qū)、站數(shù)、站 ID 號(hào)及數(shù)據(jù)快（年、序列天和降水量）。 國(guó)內(nèi)沒(méi)有 PXTRACT 可以處理的降雨量數(shù)據(jù)，可以寫好單站的 TD3240 文件直接用 PMERGE 得到所需的降雨量文件 。單站 TD3240 文件格式見(jiàn)圖 35 和表 35。 圖 35 TD3240 文件格式 22 表 35 TD3240 文件格式 序號(hào) 字段 字段寬度 Position 默認(rèn)值 DELPHI 1 Record Type 3 0103 HPD %3s 2 站點(diǎn)號(hào) 8 0111 %8d 3 氣象要素 4 1215 HPCP %6s 4 單位 2 1617 HI 5 年 4 1821 20202200 %.4d 6 月 2 2223 112 %.2d 7 日 4 2427 131 %.4d 8 NUM VALUES 3 2830 001 %.3d 9 小時(shí) 4 3134 (0124)*100 %.4d 10 降雨量值 6 3540 英寸 %.6d 注：藍(lán)色為不定值，黑色為定值 單位換算為 1 英寸 = 毫米 表 27 文件格式 23 CALMET的輸出文件（ ） 文件包含的是 CALMET 模塊生成的氣象場(chǎng)數(shù)據(jù)，也包括一些CALMET 模塊、 CALGRID 和 CALPUFF 模塊都所需的地理數(shù)據(jù) 如：海拔高度、地表粗糙度及土地利用類型等。不同的是 CALGRID 需要輸入三維的溫度場(chǎng)和垂直速率而 CALPUFF 模塊去不需要，因而需要通過(guò) CALMET 模塊生成氣象場(chǎng)時(shí)轉(zhuǎn)化那些變量。 文件由 15 組記錄描述和一系列的時(shí)變數(shù)據(jù)組成。 15 組記錄性的描述分別代表：模塊運(yùn)行標(biāo)題、網(wǎng)格系統(tǒng)、垂直高度的確定、地面站坐標(biāo)、探空站坐標(biāo)、降水站坐標(biāo)、地表粗糙度、土地利用類型、海拔高度、葉面積指數(shù)、距離各網(wǎng)格點(diǎn)最近的氣象站。所包含的具體變量和數(shù)據(jù)塊描述見(jiàn)表 2－ 8。 表 3－ 8 所含變量及數(shù)據(jù) 塊 序號(hào) 變量序號(hào) 變量 描述