doc/README.DA_chem

   1
   2                 Aerosol/Chemical Data Assimilation in WRFDA
   3               ------------------------------------------------
   4
   5 1. Introduction
   6 -------------
   7 Aerosol/Chemical data assimilation capability is introduced in version 4.3, which allows the assimilation
   8 of 6 types of surface measurements (PM2.5, PM10, O3, CO, NO2, SO2) with 3DVAR and provides the analyzed
   9 initial conditions for WRF-Chem. This new capability is documented by Sun et al. (2020).
  10
  11 Sun, W., Liu, Z., Chen, D., Zhao, P., and Chen, M., 2020: Development and application of the WRFDA-Chem
  12   three-dimensional variational (3DVAR) system: aiming to improve air quality forecasting and diagnose
  13   model deficiencies, Atmos. Chem. Phys., 20, 9311-9329.
  14
  15 Analysis variables includes the four gas-phase variables (O3, CO, NO2 and SO2) and aerosol variables
  16 from different aerosol schemes in WRF-Chem. Version 4.3 works with GOCART (15 species) or 4-bin MOSAIC
  17 (32 species) aerosol scheme. Version 4.4 added another aerosol scheme MADE/VBS (35 species)
  18 (Ha, 2022).
  19
  20 Ha, S., 2022: Implementation of aerosol data assimilation in WRFDA (v4.0.3) for WRF-Chem (v3.9.1) using the
  21 RACM/MADE-VBS scheme, Geosci. Model Dev., 15, 1769–1788, https://doi.org/10.5194/gmd-15-1769-2022.
  22
  23
  24 2. Compilation
  25 ---------------
  26 To compile 3DVAR with aerosol/chemical DA capability, following the commands below:
  27
  28 setenv WRF_CHEM 1
  29 ./configure wrfda
  30 ./compile all_wrfvar
  31
  32 The executable is still da_wrfvar.exe, but now it can take WRF-Chem’s initial condition file as the background
  33 (i. e., the ‘fg’ file) and perform the aerosol/chemical analysis in addition to the usual function for
  34 meteorological analysis.
  35
  36 3. Namelist setting
  37 ------------------
  38 All related settings are in a new namelist section named "wrfvarchem". Each namelist
  39 parameter is explained below.
  40
  41 &wrfvarchem
  42 chem_cv_options= 0,  # this parameter sets chem control variables. 0 is defulat, no chemical DA.
  43                 10,  # control variables are 4 gas + 15 GOCART aerosol variables
  44                 20,  # control variables are 4 gas + 32 MOSAIC aerosol variables.
  45                108,  # control variables are 4 gas + 35 MADE/VBS aerosol variables
  46
  47
  48 chemicda_opt= 1, # set obs assimilated, default 1, assimilate pm2.5
  49               2, # assimilate pm10
  50               3, # assimilate pm2.5 and pm10
  51               4, # assimilate co, o3, so2, and no2
  52               5, # assimilate pm2.5, pm10, co, o3, so2, and no2
  53
  54 var_scaling12=1.0, 1.0, …, # array with a dimension of 45*max_outer_iterations,
  55                            # inflation factors of chemical background error variances
  56                            # of aerosol/gas analysis variables at different
  57                            # outer loops. Default values are 1 (no inflation).
  58
  59 len_scaling12=1.0, 1.0, …, # arrary with a dimension of 45*max_outer_iterations,
  60                            # inflation factors of chemical background error length scales.
  61                            # Default values is 1.
  62
  63 use_chemic_surfobs = .true., # Default is true, read in ob_chemsfc.ascii file that includes 6 types of
  64     # observation that are assumed to be processed for each analysis time and provided in the unit and
  65     # the format specified in var/da/da_obs_io/da_read_obs_chem_sfc.inc and da_scan_obs_chem_sfc.inc.
  66 /
  67
  68 4. Chemical/Aerosols background error covariance statistics
  69 -----------------------------------------------------------
  70 The standard GEN_BE package included in WRFDA cannot obtain the background error statistics for
  71 aerosol/chemical variables. Users will need to use https://github.com/wrf-model/GENBE_2.0 to
  72 generate a be.dat file that contains the background errors of chemical variables. Please refer
  73 to the online commit message for its use.
  74
  75 5. Test case
  76 ---------------
  77 A testcase is provided in https://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/wrfda/chemda_testcase/.
  78 We have no resource to provide the assistance of this capability for users’ own applications.
  79