资料同化 | NCEP的prepbufr常规观测资料转little_r并合并国家站点数据

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WRF/WRFDA就是由NCAR中尺度和微尺度气象学 (MMM) 实验室提供的公开且供社区成员免费使用的中尺度气象模式和资料同化软件，WRF应用范围广泛非常广泛，从公里尺度的区域和中尺度建模到用于数千公里尺度的全球建模，WRFDA可用于为WRF模式预报提供初始条件，验证观测与模式之间的差异，进行观测系统的设计、监测和评估等。

NCEP使用全球数据同化系统（GDAS）将来自各种观测系统和仪器的数据内插到三维网格中, 用来初始化NCEP的全球预报系统模式（GFS），而这些数据是可供下载使用的，其中包括各种常规和非常规观测数据的bufr格式文件和处理过的常规观测数据prepbufr文件。

WRFDA可以直接同化这两种格式，非常方便，但由于这两类格式的解码和编码较为复杂，常看其数据的时空分布特征较为困难。本文旨在分享一个非常易于使用的常规观测prepbufr数据解码，以及与观测站点数据合并的方法。

WRFDA可以直接同化bufr和prepbufr数据，但仍存在一个缺陷，prepbufr中的观测数据为国际交换数据，可以非常方便的获取探空、飞机报、船舶等不容易获取的常规资料，虽然prepbufr中的地面站观测数据质量较高，但是相比于国家气象科学数据中心可获取的国家站数量来说要少很多，因此我们希望同时利用prepbufr和国家站数据作为WRFDA同化的常规观测数据文件。然而WRFDA只支持读取一个ob文件，即ob.bufr（prepbufr数据）或者ob.ascii，不像GSI可以分别指定，因此我们需要将两个数据合并。

笔者尝试了两个思路：一、将国家站数据处理为prepbufr格式，与下载的GDAS的prepbufr数据合并；二、将二者都转为little_r格式，然后通过WRFDA的观测预处理obsproc程序转为ascii格式。

通过实践发现方案一过于复杂，需要使用多个库，且效率较低，而方案二则非常容易实现，通过WRFDA官方提供的软件包，可以将常规观测prepbufr文件解码成little_r格式，通过cat命令将prepbufr与国家站的little_r格式合并后，直接使用obsproc程序即可获得合并后的ascii文件。

以下为详细的执行步骤：

（1）先对PREPBUFR2LITTLER软件压缩包进行解压，文件构成非常简单，在已经安装好WRFDA的情况下安装也非常简单。(软件获取见文末)

（2）编辑compile文件，只需修改FC和LIBS，将FC设置为使用的fortran编译器，例如笔者使用的gnu的gfortran，还有gpi的pgf90和inter的ifort。将LIBS设置为-L加上WRFDA安装路径下var/external/bufr路径即可，例如LIBS=-L/mnt/d/work/wrfdir/WRFDA/var/external/bufr。

（2）编译安装。执行./compile 即可，如下图产生prepbufr2littleR.exe即安装完毕。

（3）将prepbufr链接到当前文件夹，命名为bufrfile，随后运行prepbufr2littleR.exe等待程序运行完毕即可（可能会出现部分No WMO code的提示，结果正常就行）。

（4）运行完毕后生成很多txt文件（其实为little_r）,其中prepbufr2littleR.txt为全部数据的合集，其他txt为分类后的结果，根据其命名可知。要注意的是prepbufr转为little_r文件后文件大小变大了很多，本次使用的prepbufr文件为57M，转为little_r后为613M。

（5）合并两个little r格式。直接使用cat 命令将准备好的国家站litte_r格式数据与prepbufr2littleR.txt合并，cat station.little_r prepbufr2littleR.txt > concat.little_r , 之后把concat.little_r作为输入数据，运行obsproc即可获取合并后的ascii文件。

本文的案例使用了一个较小的研究区域，利用obsproc程序将国家站little_r文件转为ascii格式后，在研究区域内有814个地面站数据。

而将处理得到的prepbufr2littleR.txt 转为ascii格式，在研究区域内共有如下1276个数据，其中地面站仅为190个。

将二者合并后的concat.little_r转为ascii则有共2090个数据，其中地面站点数据已经变为1004个，成功合并了两个文件。之后可供WRFDA使用。

要注意的是，WRFDA的obsproc程序支持将little_r文件转成WRFDA可以读取的bufr文件，但是该程序转出的bufr文件中的湿度数据会缺失，并且观测数量会略少于转成ascii，建议转为ascii格式使用。

国家站观测数据下载地址：

http://data.cma.cn/data/detail/dataCode/A.0012.0001.html

GDAS prepbufr数据下载地址：

https://rda.ucar.edu/datasets/ds337.0/#!access

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