var/test/README.ETKF

   1 ETKF Data Assimilation in WRFDA
   2
   3 The ETKF system updates the ensemble perturbations.
   4
   5 Please refer to Bishop et al. (2001) and Wang et al. (2003) for a detailed description of the methodology.
   6
   7 a. Source Code
   8
   9 Three executables are used in the ETKF system:
  10
  11 WRFDA/var/build/gen_be_etkf.exe
  12    -Used to update the ensemble perturbations
  13
  14 WRFDA/var/build/gen_be_addmean.exe
  15    -Used to combine the emsemble mean (can be updated by Hybrid)
  16
  17 WRFDA/var/build/da_wrfvar.exe
  18    -Main WRFDA executable, used to create filtered observations and prepare formatted omb files for ETKF.
  19
  20 If one or more of these programs is missing, check your compilation log.
  21
  22 b. Running The ETKF System
  23
  24 A set of initial ensemble members must be prepared before the ETKF application can be started; this ensemble
  25 can be obtained from previous ensemble forecast. A tutorial case with a test ensemble can be found at
  26 http://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/wrfda/download/wrfda_hybrid_etkf_testdata.tar.gz. In this example, the
  27 ensemble forecasts were initialized at 2006102712 and valid 2006102800. ETKF will be performed using the
  28 ensemble valid 2006102800 as input. Once you have the initial ensemble, the ensemble perturbations can be
  29 updated by following the steps below:
  30
  31   1)   Set an environment variable for your working directory and your data directory
  32
  33   > setenv WORK_DIR_ETKF your_etkf_path
  34   > setenv DAT_DIR your_data_path
  35   > cd $WORK_DIR_ETKF
  36
  37   2)   Prepare filtered observations
  38
  39     a)   In your ETKF working directory, make a subdirectory to prepare the filtered observations and link
  40          all the necessary files and directories as follows:
  41
  42          > mkdir obs_filter
  43          > cd obs_filter
  44          > ln -fs $DAT_DIR/Hybrid/fc/2006102712/wrfout_d01_2006-10-28_00:00:00.mean ./fg  (first guess is the ensemble mean)
  45          > ln -fs $WRFDA_DIR/run/LANDUSE.TBL .
  46          > ln -fs $DAT_DIR/Hybrid/ob/2006102800/ob.ascii ./ob.ascii (or ob.bufr)
  47          > ln -fs $DAT_DIR/Hybrid/be/be.dat ./be.dat
  48          > ln -fs $WRFDA_DIR/var/build/da_wrfvar.exe .
  49          > cp $DAT_DIR/ETKF/namelist.input .
  50
  51     b)   Edit namelist.input, paying special attention to the following 'QC-OBS'-related settings:
  52
  53          &wrfvar17
  54            analysis_type                       = 'QC-OBS',
  55
  56     c)   Execute the WRFDA file, running in QC-OBS mode
  57
  58          > ./da_wrfvar.exe >&! wrfda.log
  59
  60     d)   Check the output files. The output file lists are the same as for running WRFDA-3DVAR, and
  61          'filtered_obs_01' is a file containing the filtered observations.
  62
  63   3)   Prepare omb files for ETKF
  64
  65     a)   In your ETKF working directory, make a sub directory to prepare the omb files for each ensemble
  66          member and link all the necessary files and directories as follows:
  67
  68          > cd $WORK_DIR_ETKF
  69          > mkdir -p omb/working.e001
  70          > cd omb/working.e001
  71          > ln -fs $DAT_DIR/Hybrid/fc/2006102712/wrfout_d01_2006-10-28_00:00:00.e001 ./fg  (first guess is the ensemble member)
  72          > ln -fs $WRFDA_DIR/run/LANDUSE.TBL .
  73          > ln -fs $WORK_DIR_ETKF/obs_filter/filtered_obs_01 ./ob.ascii
  74          > ln -fs $DAT_DIR/Hybrid/be/be.dat ./be.dat
  75          > ln -fs $WRFDA_DIR/var/build/da_wrfvar.exe .
  76          > cp $DAT_DIR/ETKF/namelist.input .
  77
  78     b)   Edit namelist.input, paying special attention to the following 'VERIFY'-related settings:
  79
  80          &wrfvar17
  81            analysis_type                       = 'VERIFY',
  82
  83     c)   Execute the WRFDA file, running in VERIFY mode
  84
  85          > ./da_wrfvar.exe >&! wrfda.log
  86
  87     d)   Check the output files. Again, the output file lists are the same as for running WRFDA-3DVAR/ The
  88          'ob.etkf.0*' files contain the filtered observations.
  89
  90     e)   Combine the ob.etkf.0* files and add the number index in the head of ob.etkf.e0*
  91
  92          > cat ob.etkf.0* > ob.all
  93          > wc -l ob.all > ob.etkf.e001
  94          > cat ob.all >> ob.etkf.e001
  95
  96     f)   Likewise, prepare ob.etkf.e0* files for other ensemble members
  97
  98   4)   Run ETKF
  99
 100     a)   Copy or link the ensemble mean and forecasts and ob.etkf.e0* files to your working directory.
 101          and make a directory to save the parameter files.
 102          > setenv PAR_DIR_ETKF your_parameter_path
 103          > cd $WORK_DIR_ETKF
 104          > ln -sf $DAT_DIR/Hybrid/fc/2006102712/wrfout_d01_2006-10-28_00:00:00.mean ./etkf_input
 105          > ln -sf $DAT_DIR/Hybrid/fc/2006102712/wrfout_d01_2006-10-28_00:00:00.e001 ./etkf_input.e001
 106            ...
 107          > ln -sf $DAT_DIR/Hybrid/fc/2006102712/wrfout_d01_2006-10-28_00:00:00.e010 ./etkf_input.e010
 108
 109          > ln -sf omb/working.e001/ob.etkf.e001 .
 110            ...
 111          > ln -sf omb/working.e010/ob.etkf.e010 .
 112
 113     b)   Provide template files. These files will be overwritten with the ensemble perturbations.
 114
 115          > cp $DAT_DIR/Hybrid/fc/2006102712/wrfout_d01_2006-10-28_00:00:00.e001 ./etkf_output.e001
 116            ...
 117          > cp $DAT_DIR/Hybrid/fc/2006102712/wrfout_d01_2006-10-28_00:00:00.e010 ./etkf_output.e010
 118
 119     c)   Copy gen_be_etkf_nl.nl (cp $DAT_DIR/ETKF/gen_be_etkf_nl.nl .)
 120          You will need to set the information in this script as follows:
 121
 122          &gen_be_etkf_nl
 123            num_members = 10,
 124            nv = 7,
 125            cv = 'U', 'V', 'W', 'PH', 'T', 'QVAPOR', 'MU',
 126            naccumt1 = 20,
 127            naccumt2 = 20,
 128            nstartaccum1 = 1,
 129            nstartaccum2 = 1,
 130            nout = 1,
 131            tainflatinput = 1,
 132            rhoinput = 1,
 133            infl_fac_file = '$PAR_DIR_ETKF/inflation_factor.dat',
 134            infl_let_file = '$PAR_DIR_ETKF/inflation_letkf.dat',
 135            eigen_val_file = '$PAR_DIR_ETKF/eigen_value.dat',
 136            inno2_val_file = '$PAR_DIR_ETKF/innovation_value.dat',
 137            proj2_val_file = '$PAR_DIR_ETKF/projection_value.dat',
 138            infl_fac_TRNK = .false.,
 139            infl_fac_WG03 = .false.,
 140            infl_fac_WG07 = .true.,
 141            infl_fac_BOWL = .false.,
 142            letkf_flg=.false.,
 143            rand_filt = .false.,
 144            rnd_seed = 2006102800,
 145            rnd_nobs = 5000
 146            etkf_erro_max = 20.
 147            etkf_erro_min = .00001
 148            etkf_inno_max = 20.
 149            etkf_inno_min = .00001
 150            etkf_erro_flg = .true.
 151            etkf_inno_flg = .true.
 152            etkf_wrfda = .false.
 153
 154          'num_members' is the ensemble size (number of ensemble members)
 155          'nv' is the number of variables
 156          'cv' is a vector of strings containing the names of variables
 157          'naccumt1' and 'naccumt2' are number of previous cycles used to account for inflation and rho factor.
 158          'nstartaccum1' is the cycle from which naccumt1 cycle starts.
 159          'nstartaccum2' is the cycle from which naccumt2 cycle starts.
 160          'nout' is the cycle index.
 161          'tainflatinput' and 'rhoinput' are prescribeld factors for inflation and rho factor.
 162          'infl_let_file', 'eigen_val_file', 'inno2_val_file', and 'proj2_val_file' are files to save template parameters
 163          'infl_fac_TRNK', 'infl_fac_WG03', 'nfl_fac_WG07', and 'nfl_fac_BOWL' are options for different adaptive
 164            inflation schemes.
 165          'rand_filt', 'rnd_seed', and 'rnd_nobs' are options for using filtered and random observations.
 166          'etkf_erro_max', 'etkf_erro_min', 'etkf_inno_max', 'etkf_inno_min', 'etkf_erro_flg', 'etkf_inno_flg', and
 167            'etkf_wrfda' are options to conduct further observation filtering.
 168
 169     d)   Link gen_be_etkf.exe to your working directory and run it.
 170
 171          > ln -sf  $WRFDA_DIR/var/build/gen_be_etkf.exe .
 172          > ./gen_be_etkf.exe
 173
 174     e)   Check the output files. etkf_output.* files are updated ensemble pertubations.
 175
 176
 177
 178   5)   Add updated ensemble perturbations to ensemble mean get new emsemble members
 179        > cd $WORK_DIR_ETKF
 180
 181     a)   Copy add_mean_nl.nl (cp $DAT_DIR/ETKF/add_mean_nl.nl .)
 182          You will need to set the information in this script as follows for each member:
 183          &add_mean_nl
 184            num_members = 10
 185            cv          = 'U', 'V', 'W', 'PH', 'T', 'QVAPOR', 'MU'
 186            nv          = 7
 187            path        = '$WORK_DIR_ETKF'
 188            file_mean   = 'etkf_input'
 189            file_pert   = 'etkf_output.e001' (for each member, etkf_output.e0*...)
 190
 191     b)   Run gen_add_mean.exe.
 192
 193          > ln -sf WRFDA/var/build/gen_add_mean.exe  .
 194          > ./gen_add_mean.exe
 195
 196     c)   Check the output files. etkf_output.e0* files are the new ensemble members.
 197
 198