【WRFDA第六期】WRFDA 输出文件详述

WRFDA 工作目录中的 ASCII 输出文件总览如下表：

文件名	用途概要
wrfda.log / rsl.out.0000	日志文件，记录运行状态、成本函数、梯度等重要信息
namelist.output.da	显示所有 namelist 设置（默认值 + 用户设置）
filtered_obs_01	被 WRFDA 质量控制通过的观测数据
rej_obs_conv_01.000	被质量控制剔除的常规观测
qcstat_conv_01	常规观测的质量控制统计
cost_fn	成本函数每次迭代的值
grad_fn	梯度函数每次迭代的值
gts_omb_oma_01	GTS观测的 O-B/O-A 差值
statistics	观测类型、数值、误差、偏差等统计结果
jo	每类观测的 Jo 值（观测项成本函数）

1. wrfda.log 或 rsl.out.0000

功能：

• 核心日志文件，包含：
  • 同化过程迭代信息（例如：Final: 15 iter）
  • 成本函数值（J, Jo, Jb 等）
  • 梯度值（g）
  • 观测总数
  • 各类误差权重（如 Jb factor）

示例信息：

Final cost function J = 17643.68
Total number of obs. = 26726
Final value of Jo = 15284.64894
Final value of Jb = 2359.02958
Final J / total num_obs = 0.66017

🔍 检查重点：

• 是否有成功结束提示：WRF-Var completed successfully
• 成本函数是否收敛：较小的 J 值意味着更好的拟合
• 迭代次数是否合理

2. namelist.output.da

功能：

• 记录 WRFDA 运行时使用的 完整 namelist 设置（包括默认值和用户自定义值）。

用途：

• 调试和记录同化配置
• 确认 namelist.input 中的参数是否正确生效

示例片段对比：

namelist.input	namelist.output.da
print_detail_grad=.true.	PRINT_DETAIL_GRAD = T
ob_format=2	OB_FORMAT=2
num_fgat_time=1	NUM_FGAT_TIME=1

3. filtered_obs_01

功能：

• 包含通过 WRFDA QC（质量控制）筛选的观测数据。
• 类似 ob.ascii，但只保留 实际用于同化 的观测。

生成条件：

• &wrfvar17 中设置：analysis_type = "QC-OBS"

用途：

• 检查哪些观测被采纳
• 可用于 analysis_type = "VERIFY" 模式（验证用）
• ❌ 不能用于 3DVAR 正式运行

4. rej_obs_conv_01.000

功能：

• 存放未通过 QC 的 常规观测（conventional obs）。
• 这些观测未被同化，可能是因为：
  • 超出最大允许误差（如 check_max_iv = .true.）

命名说明：

• 01: 外层循环编号（outer loop index）
• 000: 处理器编号（processor id）

示例内容如下：

5. qcstat_conv_01

文件说明：

• 包含 通过或未通过 WRFDA 内部质量控制（QC） 的观测数据统计。
• 针对具有垂直坐标（如压力）的观测。
• 文件名后缀数字（如 01）代表 外层迭代轮数（outer iteration index）。

内容结构：

• 每类观测（如 sound U, V, T, Q；synop U, V, T, Q）按压力层分布统计：
  • used：被采纳的观测数
  • rej：被质量控制拒绝的观测数

表示在某些压力层（如 1000 hPa、900 hPa），有多少个 T 类型观测被使用或拒绝。

6. jo

文件说明：

• 显示 各类观测的成本函数值 Jo（观测项在 J 中的贡献）。
• 可与 wrfda.log 中的 Final value of Jo 对照验证。

内容结构：

• 每行代表一种观测类型（如 synop、metar、ships 等）
• 包含的字段：
  • 观测数量（实际数与采纳数）
  • Jo 值（红框）
  • 调整因子（蓝框）：用于观测误差调整

蓝框说明：

• tuning_factor：观测误差调节因子
• 实际误差计算为：

  tuned_obs_error = obs_error × tuning_factor
  

7. cost_fn 与 grad_fn

文件说明：

• cost_fn：保存成本函数 J 的各组成部分（如背景项 Jb、观测项 Jo 等）

• grad_fn：保存梯度 G 的各组成部分（如 Gb、Go 等）

各项含义：

• b：背景误差项
• o：观测误差项
• c：DFI 项
• e：alpha 项
• d：动力约束项
• p：辐射偏差校正项
• s：地表温度/云量项
• l：侧边界控制变量（4DVAR 专用）

输出条件：
需在 namelist 中设置：

calculate_cg_cost_fn = .true.
write_detail_grad_fn = .true.

8. gts_omb_oma_01

文件说明：

• 包含 逐个观测点的详细信息，包括：
  • 观测值
  • O-B（观测 - 背景）
  • O-A（观测 - 分析）
  • 观测误差、质量控制标志等

内容结构：

• 每类观测（如 synop）包含：
  • obs index、level index、站号、经纬度、压力
  • 每个变量（如 u）对应的：
    • 观测值
    • O-B
    • QC 标志
    • 观测误差
    • O-A

支持的观测变量（依观测类型不同）：

Obs Type	Variables
synop	u, v, t, p, q
sound	u, v, t, q
gpspw	tpw
satem	thickness
geoamv	u, v
…	…

可视化工具：

• plot_gts_omb_oma.ncl
• plot_ob_ascii_loc.ncl

9. statistics

文件说明：

• 提供 整个模拟区域的 O-B 和 O-A 误差统计 以及 分析增量分析。

主要内容：

1. OI（背景场）与 AO（分析场）误差统计

每个变量（u, v, t, p, q）都有：

• 最小值 / 最大值
• 平均值
• 均方根误差（RMSE）

2. 网格分析增量统计（background → analysis 差值）

每层网格（Lvl）统计：

• 最小值 (Min)
• 最大值 (Max)
• 平均值 (Mean)
• 均方根误差 (RMSE)

总结

文件名	主要内容	用途
qcstat_conv_01	每类观测在不同压力层的使用/拒绝统计	质量控制分析
jo	每类观测的 Jo 值和误差调节因子	成本函数分析
cost_fn	各项成本函数值（每次迭代）	监控收敛
grad_fn	各项梯度值（每次迭代）	梯度评估
gts_omb_oma_01	每个观测点的 O-B / O-A / QC 等信息	详细诊断
statistics	域平均 O-B / O-A 和分析增量信息	误差评估

参考