حساسیت مدل wrf در شبیه‌سازی مولفه‌های مداری و نصف‌النهاری باد در شهر تهران

باد از عوامل اصلی در تعیین وضعیت آب‌وهوا است و کیفیت هوای روزانه فضاهای شهری به باد بستگی دارد. ازاین‌رو بر‌ای دست‌یابی به الگوهای غالب جهت و شدت باد، از مدل های شبیه‌ساز مختلفی استفاده می شود که در این مطالعه مدل پیش‌بینی و پژوهش وضعیت جو (wrf) موردتوجه است. برای شبیه‌سازی مولفه‌های مداری و نصف‌النهاری باد، نقش داده‌های شرایط مرزی ecmwf(era5) و ncep(fnl) همراه‌با هفت طرحواره فیزیکی (exp1 تا exp7) در دو اجرای 1) با داده‌های استاتیکی پیش‌فرض و 2) با داده‌های استاتیکی تفکیک افقی بالا (dem استر با تفکیک مکانی30متر به‌جای داده‌های پیش‌فرض با تفکیک افقی تقریبی 1کیلومتر، کاربری اراضی کوپرنیکوس با وضوح 100 متر به‌جای داده‌های مودیس با تفکیک افقی تقریبی 500 متر تا 1کیلومتر) مورد ارزیابی قرارگرفته است. پیکربندی مناسب طرحواره‌ها، انتخاب شرایط مرزی ایده‌آل، تفکیک افقی مناسب و جایگزینی داده‌های استاتیکی تفکیک افقی بالا به‌جای داده‌های پیش‌فرض می‌تواند شبیه‌سازی مدل را تا حدود زیادی به داده های مشاهدات نزدیک نماید.خروجی‌ها برای 4 ماه ژانویه، می، جولای و اکتبر 2018 به‌عنوان نماینده فصول نشان می‌دهد که شبیه‌سازی مولفه مداری باد در اکثر طرحواره‌ها نسبت به مولفه نصف‌النهاری ازنظر آماره‌های همبستگی و اریبی به‌استثنای ماه جولای (همبستگی) داری عملکرد بهتری است به طوریکه در ماه‌های ژانویه، می و اکتبر برای شرایط مرزی era5 حداکثر همبستگی به‌ترتیب برابر 0.40، 0.46، 0.43 و در fnl برابر 0.40، 0.39، 0.45 گردید؛ اما در ماه جولای علی‌رغم افزایش میزان همبستگی مولفه مداری به میزان 0.53 (era5) و 0.49 (fnl) نسبت به مولفه نصف‌النهاری با مقادیر همبستگی 0.63 و 0.71 درصد، در مقایسه با سایر ماه‌ها دارای عملکرد ضعیفتر است. همچنین حداقل اریبی در ماه‌های منتخب برای شرایط مرزی era5 به‌ترتیب برابر 0.07، 0.02، 0.13 و 0.24 و در fnl این مقادیر برابر 0.07، 0.04، 0.42 و 0.57 به‌دست آمده است. برابر نتایج حاصله از میانگین خروجی آماره‌های همبستگی، اریبی، میانگین مجذور خطا و میانگین خطای مطلق طرحواره‌‌ها با در نظر گرفتن ضریب وزنی یکسان هر آماره و داده‌های استاتیکی پیش‌فرض و تفکیک افقی بالا در ایستگاه‌های مهرآباد، ژئوفیزیک، شمیران و چیتگر برای هر دو مولفه باد، شرایط مرزی fnl در ماه ژانویه و era5 در ماه جولای به‌عنوان شرایط مرزی برتر انتخاب شدند و در ماه می و اکتبر به‌استثنای مولفه مداری باد با داده‌های استاتیکی پیش‌فرض که شرایط مرزی fnl دارای عملکرد قوی‌تری بوده در بقیه موارد era5 دارای نزدیک‌ترین شبیه‌سازی به واقعیت بوده است. از بین طرحواره‌های مورد آزمون تحت شرایط مرزی era5 و fnl با داده‌های پیش‌فرض و تفکیک افقی بالا، برای مولفه مداری exp (1) (ysu)، exp(6) (acm2) و exp(2) (myj) و برای مولفه نصف‌النهاری exp(1) (ysu) و exp(6) (acm2) بهترین نتایج را برای شبیه‌سازی باد شهر تهران به‌همراه داشتند.

sensitivity of wrf model in simulating wind zonal and meridional components in tehran

the wind is one of the main factors in determining the weather condition and the daily air quality of urban spaces depends on the wind. therefore, to achieve the dominant behavioral patterns of wind direction and intensity, various simulation models are used. this study considers the weather research and forecasting model (wrf). to simulate wind zonal and meridional components, the role of ecmwf (era5) and ncep (fnl) boundary condition data with 7 physical schemas (exp1 to exp7) in two modes: 1) with default static data and 2) with highresolution static data dem (aster satellite image with a spatial resolution of 30 m) instead of the default data with a spatial resolution of approximately 1 km, the land use/cover of copernicus with a resolution of 100 m instead of the modis data with a spatial resolution of approximately 500 m to 1 km) for january, may, july, and october 2018 was evaluated as representative of seasons. observational data of wind direction and speed with a 3hour utc scale in 2018 for 4 synoptic stations of mehrabad, chitgar, geophysics, and shemiran were obtained from the meteorological organization, and by applying 180 degrees to the weather direction, the vector orientation was obtained. then, using the rewind plugin in the developed r software, the zonal and meridian components of observational wind were calculated. by examining the correlation coefficient of wind zonal component in 4 selected stations in both default and highresolution conditions with era5 and fnl boundary conditions, shemiran station had the lowest correlation in january, may, and october, while chitgar station on the suburban of the city had the weakest correlation in july; however, shemiran station had the strongest correlation in july by a significant margin. due to the location of the shemiran station, the main reason for the weakness and strength of the simulations is the topography and height of this station. the results show that the simulation of the wind zonal component, except july in most schemas with the default static data and high resolution, is much better than the meridional component. proper configuration of schemas, selection of ideal boundary conditions, determination of appropriate spatial resolution, and replacement of static data with a high resolution instead of default data can bring the model simulation much closer to the observation data. according to the results of the average output of 4 correlations, bias, mean square error, and mean absolute error statistics, considering the same weight coefficient of each statistic in mehrabad, geophysics, shemiran, and chitgar stations for each schema, fnl boundary conditions with default static data for the component wind except july, and era5 boundary conditions were selected as the best boundary conditions for the meridional wind component except january with the best performance. among the seven schemas tested for zonal and meridional components under the era5 and fnl boundary conditions with default and highresolution data, exp (1) (ysu) and exp (6) (acm2) generally yielded the best results for tehran wind simulation.