WRF 3DVAR同化系统介绍
WRF使用说明范文

WRF使用说明范文WRF (Weather Research Forecasting model) 是一个高分辨率的天气模式系统,用于模拟和预测各类天气现象。
它由国家大气研究中心(NCAR)和国家环境保护署(EPA)共同开发,已成为全球范围内天气预报、气候研究和环境模拟的重要工具。
本文将介绍WRF的基本使用说明。
一旦配置完成,用户可以使用WRF模式进行多种类型的模拟和预测。
WRF可以模拟从几十米到数百公里尺度上的天气现象,并且可以针对不同的气候区域进行区域定制。
使用WRF之前,用户需要准备好输入数据,包括地形数据、气象观测数据、近地面条件数据等。
WRF模型的运行包括两个主要步骤:预处理和模拟。
预处理步骤主要用于准备输入数据,包括将地形数据转换为模型所需格式,插值气象观测数据到模型网格,生成气象初值和边界条件等。
WRF提供了多个辅助工具,如WPS (WRF Preprocessing System) 来帮助用户完成这些预处理任务。
模拟步骤是WRF模型的核心部分,主要用于模拟和预测天气现象。
用户需要选择合适的模拟选项,包括时间步长、水平和垂直分辨率、物理参数化方案等。
WRF提供了多种物理参数化方案,如微物理方案、积云方案和辐射方案,用户可以根据需要进行选择。
总结起来,WRF是一种功能强大的天气模式系统,可以用于模拟和预测各类天气现象。
但是,使用WRF需要较高的计算机配置和编程基础,以及一定的气象和数值模式理论基础。
用户需要准备好输入数据,进行模拟参数配置,运行模拟,并使用后处理工具进行结果分析和可视化。
建议用户从官方文档和培训材料入手,学习相关的数值模式理论和编程技巧,并与其他用户和研发人员进行交流和讨论。
只有通过不断地实践和学习,用户才能更加熟练地使用WRF模型,并获得准确和可靠的模拟和预测结果。
WRF模式简单操作技巧-中文指南

WRF 模式操作指南The Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences中国科学院大气物理研究所中国科学院东北地理与农业生态研究所二○一七年三月二十日目录1. WRF模式简介 (1)2. WRF模式的安装 (2)2.1 安装环境 (2)2.2 模式源程序 (2)2.3 NetCDF函数库的安装 (2)2.4 标准初始化(SI)的安装 (6)2.5 WRF模式的安装 (9)3. WRF模式与T213模式嵌套 (17)3.1 嵌套方案 (17)3.2 嵌套程序设计 (17)3.3编译嵌套程序 (21)3.4 嵌套的实现 (22)4. WRF模式系统的运行 (29)4.1 理想大气方案 (29)4.2 真实大气方案 (32)5. WRF模式系统作业卡 (47)5.1 源程序 (47)5.2 真实大气方案 (48)6. 模式结果的显示处理 (61)6.1 Vis5D格式 (61)6.2 MICAPS格式 (62)6.2 GrADS格式 (65)附录1. WRF模式参数配置说明 (68)附录2. T213场库参数表 (78)WRF模式系统安装/调试技术报告1. WRF模式简介WRF(Weather Research Forecast)模式系统是由许多美国研究部门及大学的科学家共同参与进行开发研究的新一代中尺度预报模式和同化系统。
WRF模式系统的开发计划是在1997年由NCAR中小尺度气象处、NCEP的环境模拟中心、FSL的预报研究处和奥克拉荷马大学的风暴分析预报中心四部门联合发起建立的,并由国家自然科学基金和NOAA共同支持。
现在,这项计划,得到了许多其他研究部门及大学的科学家共同参与进行开发研究。
天气预报模型

天⽓预报模型天⽓预报模型:软件体系结构与性能J.MICHALAKES,J.DUDHIA,D.GILL,T.HENDERSON,J.KLEMP,W.SKAMAROCK,W.WANG中⼩尺度⽓象部门,国家⼤⽓研究中⼼,Boulder,美国科罗拉多80307 2004年5⽉第⼀个⾮测试版的天⽓研究和预报(WRF)建模系统是为⼤⽓研究和运⾏NWP⽤户设计和实施全功能的下⼀代建模系统的⼀个关键的⾥程碑社区。
以效率,可移植性,可维护性和可扩展性作为基岩需求,WRF软件框架允许增量和合理的快速开发,同时保持总体⼀致性和坚持架构及其接⼝。
WRF 2.0版本⽀持该模型设想的全部功能,包括在⼀系列⾼性能计算平台,多个动态核⼼和物理选项上的⾼效可扩展性能,低开销双向交互嵌套,移动嵌套,模型耦合,以及与其他常见模型基础设施⼯作(如ESMF)的互操作性。
1.介绍WRF项⽬已经开发了下⼀代中尺度预报模型和同化系统,以推进中尺度降⽔系统的理解和预测,并促进研究和运营预测社区之间的更紧密的联系。
随着2004年5⽉向社区发布WRF 2.0版本,将WRF 建模系统⼴泛传播给⼤量⽤户,并将其应⽤于各种领域,包括风暴规模研究和预测,空⽓质量模拟,图1 WRF系统⽰意图野⽕模拟,飓风和热带风暴预测,区域⽓候和作战数字天⽓预报正在良好进⾏。
2004年年底,注册下载次数超过2,500件。
来⾃20个国家的93个机构的173名参与者于2004年6⽉在NCAR参加了年度WRF⽤户研讨会,并听取了28次涉及以WRF模式开展⼯作的科学报告。
在NOAA国家环境预测中⼼和美国空军⽓象局,正在进⾏WRF的运⾏实施。
已经形成了NOAA / NCAR / DoD联合发展试验中⼼,以促进研究界的新发展的持续测试,评估和过渡在NCEP,AFWA和美国海军通过在各中⼼建⽴的操作测试中⼼的操作。
如图1所⽰,WRF系统包括WRF模型本⾝,⽤于为理想化,实数据和单向嵌套预测产⽣初始和横向边界条件的预处理器,⽤于分析和可视化的后处理器,以及三维变化数据同化(3DVAR)程序。
WRF模式运行及后处理简介-于恩涛

2. 设置netcdf路径 2. Export NETCDF=/usr/local… (netcdf库必须由 本机编译器编译)
3 解压
3.> tar zxfv WRFV3.2.1.TAR.gz > tar zxfv WPSV3.2.1.TAR.gz
WRF configure
生成configure.wrf文件
WRF后处理
推荐
http://www.mm /wrf /OnLineTutoria l/Graphics/NC L/index.html
NCL
load “$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/ csm/gsn_code.ncl" load “$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/ wrf/WRFUserARW.ncl" begin a = addfile("./geo_em.d01.nc","r") wks = gsn_open_wks("pdf","plt_ter5") res = True res@MainTitle = "GEOGRID FIELDS” pltres = True mpres = True ter = wrf_user_getvar(a,"HGT_M",0) res@cnFillOn = True res@ContourParameters = (/0.,1000.,50./) contour = wrf_contour(a,wks,ter,res) plot = wrf_map_overlays(a,wks,(/contour/),\ pltres,mpres) end
山东WRF集合预报系统对“麦德姆”台风预报检验

山东WRF集合预报系统对“麦德姆”台风预报检验盛春岩;范苏丹;刘诗军;夏凡;荣艳敏【摘要】2014年第10号台风“麦德姆”登陆北上,对山东造成较大的影响。
此文对业务上常用的各种数值模式对于“麦德姆”台风的预报情况进行了对比检验,重点检验了山东 WRF集合预报系统对此次台风的预报性能。
结果表明,山东WRF集合预报系统对于此次台风预报具有较高的参考价值。
WRF 确定性预报台风路径预报类似EC细网格预报,在23日20时以前预报较好,23日20时后预报最好的为T639。
WRF集合预报对于台风路径预报具有较好的指示意义。
WRF确定性预报02时、14时更新预报效果好于其前面6h起报结果,体现了HYBRID-3DVAR集合混合同化对于改进预报效果的作用。
通过中尺度模式与其外层全球背景场模式预报对比发现,由于中尺度模式具有自身的物理参数化方案和同化系统,其对于台风路径的预报效果可以显著优于其全球背景场模式。
WRF 确定性预报对于“麦德姆”台风降水预报与实况最为接近。
对于台风大风预报,WRF集合预报最大值最好。
【期刊名称】《山东气象》【年(卷),期】2016(036)001【总页数】7页(P1-7)【关键词】台风;数值模式;对比检验;WRF集合【作者】盛春岩;范苏丹;刘诗军;夏凡;荣艳敏【作者单位】山东省气象科学研究所,济南 250031;山东省气象科学研究所,济南 250031;山东省气象科学研究所,济南 250031;山东省气象科学研究所,济南250031;山东省气象科学研究所,济南 250031【正文语种】中文【中图分类】P456.7资助项目:山东省超级计算科技专项项目(2011YD01106)和气象关键技术集成与应用项目(CMAGJ2014M29)共同资助随着数值预报、资料同化技术以及动力统计预报技术的发展,近年来,中国台风路径预报准确率逐步提高[1-6]。
对1991—2012年中央气象台台风路径预报误差分析表明[7],24 h台风路径预报误差由1991年的200 km减小到2012年的100 km以下,台风路径预报误差首次在100km以下。
利用WRF模式制作东北地区冬季降水相态预报

利用WRF模式制作东北地区冬季降水相态预报崔锦;周晓珊;陈力强;张爱忠;杨森;阎琦【摘要】利用WRFV3.1.1中尺度数值模式,对东北地区冬季降水相态进行预报试验.在模式预报输出场中,通过对近地面大气层中冻结部分降水混合比在可凝结成降水水汽混合比中的比例,判断雨雪分界线及雨夹雪区或雨、雪过渡区.结果表明:该方法可较准确地预报出东北地区降水过程中雨区、雪区和雨夹雪区分布特征以及降水相态随时间的演变情况.降水相态数值预报产品的应用可以提高冬季气象预报服务水平.%The forecasting of winter precipitation phase state in the Northeast China was attempted with a mesoscale numerical weather prediction model (WRFV3.1.1). According to the percentage of frozen fraction of precipitation mixing proportion in atmosphere near the ground in water vapor mixing proportion that may condense into precipitation, the rain snow boundary line,sleet area,the transition zone of rain snow were determined. The results indicate that this method could forecast the distribution areas of rain, snow and sleet and the evolution of precipitation phase state during precipitation process with a relatively good accuracy. The application of these numerical forecast products could significantly improve the accuracy of weather forecast.【期刊名称】《气象与环境学报》【年(卷),期】2011(027)006【总页数】6页(P1-6)【关键词】数值预报模式;降水相态预报;冬季【作者】崔锦;周晓珊;陈力强;张爱忠;杨森;阎琦【作者单位】中国气象局沈阳大气环境研究所,辽宁,沈阳,110016;中国气象局沈阳大气环境研究所,辽宁,沈阳,110016;中国气象局沈阳大气环境研究所,辽宁,沈阳,110016;沈阳军区空军气象中心,辽宁,沈阳,110015;中国气象局沈阳大气环境研究所,辽宁,沈阳,110016;沈阳中心气象台,辽宁,沈阳,110016【正文语种】中文【中图分类】P456.7引言在秋末冬初或冬末春初的转换季节,冷暖空气活动较为频繁,为此造成的温度变化往往会使降水相态也随之发生改变,如从降雨转变为雨夹雪、雪或由降雪转换为降雨。
不同同化方案在台风“白鹿”强降水预报中的应用

不同同化方案在台风“白鹿”强降水预报中的应用梁钧怡;王东海;张宇;姚乐宝【期刊名称】《中山大学学报:自然科学版(中英文)》【年(卷),期】2022(61)4【摘要】基于WRF模式和GSI同化系统,构建了一套同化预报系统,研究常见的两种同化方法3DVar(threedimensional variational)和3DEnVar(three-dimensional ensemble-variational)的应用,开展不同的嵌套区域采用不同的同化方法对模式预报效果的影响研究。
基于本系统,分别设计三组试验,评估不同的同化方案对2019年8月第11号台风“白鹿”在华南地区造成强降水的模式预报和分析同化效果。
个例试验结果表明:在双层嵌套模式中,两层均采用3DVar同化方法的试验对“白鹿”登陆前后所带来的小雨、中雨量级降水落区的模拟存在优势;而两层均采用3DEnVar同化方法的试验则对强降水落区和强度预报把握度更好,特别是对暴雨、大暴雨等强降水事件中心位置的模拟与实况更接近,且降水评分最优。
此外,3DEnVar同化方法所构建的背景误差协方差具有明显的流依赖特性,并且对形成强降水的相关气象要素场包括垂直风场、温度场和湿度场的预报中均有较好的表现。
【总页数】15页(P104-118)【作者】梁钧怡;王东海;张宇;姚乐宝【作者单位】中山大学大气科学学院/广东省气候变化与自然灾害研究重点实验室;南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海);佛山市气象局;广东海洋大学南海海洋气象研究院;内蒙古自治区气象台【正文语种】中文【中图分类】P445【相关文献】1.三维变分同化中不同物理量对台风预报的影响2.不同同化方案在一次梅雨锋暴雨预报中的应用研究3.双雷达风场反演拼图在登陆台风\"莫兰蒂\"(1614)强降水精细预报中的同化应用试验4.CFOSAT散射计风场资料同化在台风预报中的应用5.FY-2G云导风资料同化在台风“天鸽”数值预报中的应用因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于WRF-VAR的卫星资料同化分析检验试验

,章编号:06— 6 9 2 1 )一 1 0 4 ‘ 10 7 3 (0 1 O — 0 8—0 7
干 旱 气 象
Ju n lo rd Meerlg o r a fA i tooo y
Vo . 9 No. 12 1 M ac 2 1 rh, 01
同化 系统对 中国区域进行 连续一个月 (0 9年 7月 1 3 20 ~ 1日) 的模 拟试验 , 试验分为 3组 : 1 不 同化 ()
任何资料 ,2 同化常规资料 ,3 同化 A O S卫 星资料 ; 3组试 验进行 了形 势场检验 和 T () () TV 对 s评分 。
结果表 明, ( ) ( ) 第 2 、 3 组试验 与第 ( ) 1 组试验相 比, 中高层位 势高度场与温度场 的平均误差随 时间增 长有 明显 的改进 ; ( ) 第 3 组试验 中层的 比湿 场在预报前期有较好的效果 , 其余层次改进不 大。降水 预 报对 比表 明, ( ) 第 3 组试验在预报前期对 降水评分有所提高。
作 越来 越 多 。 E r J ye R等 ¨ 认 为 最 近 对 T V O S和
的分 布 , 尤其是 对 海 上 一 次 天 气 过 程 进 行 分 析 , 是 对 一 但
段较 长 的时 间来 说 , 星 资 料 同化 对 预 报 的形 势 卫 场 与 降水 能 起 到 什 么 样 的 影 响 , 方 面 的试 验 还 这
比较 少 。
A O S辐 射量 的直接 三 维变 分 同化 实 际 已经改 善 TV
收 稿 日期 :0 0—0 21 9—1 改 回 日期 :0 0—1 0 7; 21 2- 4
料 同化技 术 的研 究 因此成 为数值 预报领域 内的研 究
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3DVAR同化系统主要部分 WRF 3DVAR同化系统主要部分
WRF 3DVAR :利用更多的描述大气真实状况的观测 资料信息,获得与预报模式更匹配的模式初值。 WRF同化模式:一个完全可压的非静力模式,网格采 同化模式: 用Arakawa C格点形式。模式的动力框架有不同的 方案可供选择。WRF模式中物理过程及参数化方案 也有多种选择。 模式后处理检验:将模式预报结果插值到标准等压面, 把WRF模式的NetCDF格式的结果转换成图变分同化系统
解压缩后,进入目录,./configure,选择configure var,然后compile var,生成wrfvar.exe.安装成 功. 运行很简单,在可执行脚本DA Run wrfVar.csh中修改然后运行即可.
WRFVAR_BC后处理
升级边界条件与新的初始场相协调,进入目录 后,make编译即可以生成update_wrf_bc.exe 把旧边界条件场文件wrfbdy.d01和初始场文 件放入同一目录,执行new_bc.csh即可.
背景场形成
采用WRF输入形式(netCDF格式) a) 来源于其它模式经过SI 标准初始化处理,形 成模式输入的netCDF形式(cold start) b) WRF模式本身输出(warm start)。
COLD START
WARM START
T213 预报场 WRF 预报场 SI 标准初始化 转换接口
WRF 3DVAR参数配置说明文件 WRF 3DVAR 的一些参数配置是通过 namelist.input和namelist.3dvar文件给入的。 这里包括定义分析的时间,格点维数的大小、 水平与垂直分辨率,观测资料类型的选取与 使用,背景误差系数的调整,变量尺度因子 的控制,极小化迭代次数的控制,控制变量 的选择等等。
REAL
3DVAR 背景场
观测资料经过资料预处理和质量控制 观测资料检索和预处理
A.观测的气候值检查 B.垂直一致性检查 1).LnP线性内插检查 2).温度垂直递减率检查 3).静力学检查 4).风的垂直切变检查等 C.观测余差(观测值与背景场的差)的极值检查 检查观测资料在时间上的连续性和倾向性 D.去除多余资料;太近 太密 E.水平一致性检查。每个资料的观测余差与周围观测比较
文件的获取 /wrf/src/wrfvar_v2. 1.tar.gz gunzip wrfvar.tar.gz tar -xvf wrfvar.tar cd wrfvar
WRF_3DVAR 分析预报流程图
数据预处理
WRF 数据初始化
WRF 3DVAR分析系统 分析系统
DA_Define_Structures/ 存放定义系统所用的派生数据类
模块文件。 释放派生数据类型内存空间的
DA_Grid_Definitions/ 计算分析格点变量的模块文件。 DA_Interpolation/ 存放水平、垂直插值的模块文件。 DA_Setup_Structures/ 存放读入背景场、观测资料及背
DA_Dynamics/存放平衡关系变换的系统动力学约束关系的
DA-obs/存放观测算子的模块文件
DA_Airep
件。 DA_Synop/ DA_Ships/ DA_Sound / DA_Pilot / DA_Buoy / DA_Metar/ DA_Profiler/ DA_Radar/ DA_Satem / DA_Satob / DA_SSMI / da_qscat/
WRF 3DVAR同化系 同化系 统介绍
WRF 3DVAR 进展
WRF 3DVAR (Weather Research Forecast Variational Data Assimilation System)是与WRF模 式配套的变分分析系统。它由NCAR、NCEP、FSL 等联合倡导众多美国研究部门和大学开发建立预报 系统,旨在建立一个既可以适用于科学研究,又可以 用于业务预报的统一的天气学模式。
采用气候统计“NMC” 方法,分析了我国区域范 围的背景场误差协方差的三维结构特征。并 结合IV方法的结果,对背景场误差协方差,特 征长度等进行了调整,形成适合中国区域的背 景场误差文件。
更新边界条件
当完成WRF 3DVAR运行并得到正确的结果, 如果要作模式预报必须更新边界条件,使之 与新的3DVAR初值相一致。
源程序包括的主要子目录
子目录主要是按照功能和性质来划分。完成某 一功能的所有子程序、或相近性质子程序存 放在同一子目录下
3DVAR源程序中主要子目录的说明:
da_solve_v3d/ 整个分析程序流程的控制 DA_Constants/ 存放定义系统常用变量、常数、
块文件。 型和分配
通道、选项等和读入namelist.3dvar 的模
背景误差统计文件
网上提供的背景误差统计文件 采用气候统计“NMC” 方法来构造背景误差协方差矩阵。 其核心是用对同一时刻不同时效的预报值之间 的差作为预报误差的近似。背景误差应该随季节变 化,分辨率不同而不同,甚至于在“冷起动”与 “暖起动”中都有所区别。背景误差的特征应与模 式区域的平均天气情况相对应,故三维变分同化应 在其模式区域进行误差统计
景误差的 的模块文件。 模块文件和分析结果的输出文件
3DVAR源程序中主要子目录的说明:
模块文件。 DA_Physics/ 存放用于物理变换(分析变量到模式变量的 变换)的模块文件。 DA_Minimisation/ 存放计算极小化和梯度有关的模块文件。 DA_FFTs/ 存放傅氏变换,解Poisson方程的模块文件。 DA_Recursive_Filter/ 存放与递归滤波有关的模块文件。 DA_ReadWrite_MM5/ 存放与MM5相配套的读写接口程序的 模块文件。
UNIX操作系统 Perl5.003以上 Fortran程序编辑器(包括Fortran90和Fortran77编 译器) C程序编译器 NetCDF函数库
WRF 3DVAR运行环境 运行环境 3DVAR的编译、安装 的编译、 的编译 编译环境 、 编译环境配置与WRF模式相同
3DVAR的安装 的安装
/
存放各类观测算子(包括正演、切线性及伴随)的模块文
卫星资料
DA_Statistics/ 存放计算分析诊断输出的统计量的模块文件。 DA_Tools/ 存放算法工具(包括计算特征长度、特征向量)的
模块文件。
DA_VToX_Transforms/ 存放由控制变量到模式变量转换的
模块文件。 LAPACK/ 存放专用线性代数计算包的模块文件。 da_bufrlib/ 存放跟Buf资料库有关的模块文件。 da_pseudo/ 存放与单点试验有关的模块文件。 par_util/ 存放有关数据交换(局地变量和全局变量收集与广播) 的模块文件。
系统特点:
可移植性、可扩展性、易维护性、 可读性、实用性。
WRF 3DVAR 进展(续)
WRF 3DVAR发展分几个阶段,出几个版本。 (/wrf/WG4/) 基础版本: 升级版本: 研究版本: 高级版本: 2003年7月释放。 2004年5月释放(WRF-Var V2.0)。 2005年8月释放(WRF-Var V2.1)。 2006年释放。
本地化所要做的工作
1.3DVAR软硬件环境 软硬件环境 2. 3DVAR的编译 安装 运行 的编译/安装 的编译 安装/运行 3.主要部分的认识 主要部分的认识 4.背景误差文件的调整 背景误差文件的调整 5.结果的诊断 结果的诊断
WRF 3DVAR运行环境 运行环境 硬件环境是一个多机型、跨平台、标准化的模式 软件环境
3DVAR同化系统主要部分 WRF 3DVAR同化系统主要部分
数据预处理:利用全球T213业务系统提供的1200 (或 0000 )
UTC标准等压面和等经纬度粗网格的预报场 (0 ~72小时), 通过插值计算得到1200 (或 0000 ) UTC同化系统冷启动时 的WRF模式模式预报区域相应层次和分辨率的边界条件和初 值背景场,包括以后模式预报的侧边界条件。冷启动后同化 循环其它时次的分析背景场,由同化模式自身6小时预报产 生。 WRF数据的初始化:对模式输入数据进行识别,将数据与模式 运行方案进行匹配,形成WRF模式输入所需要的分辨率下的 NetCDF格式的文件。 观测资料预处理 :提取每次同化过程分析时刻1200、1800、 0000 (或0000、0600、1200) UTC前后3小时经过格式化处理 后的观测资料,对观测资料进行必要的质量控制,通过质量控 制的资料才会用到3DVAR 分析中。
WRF 3DVAR 进展(续)
研究版本: 2005年8月释放,该版与WRFV2.1版相配套
分析时刻的背景场能更好的应用非天气图定时观测于 3DVAR中
具有同化雷达反射率的能力 。 具有全球3DVAR分析的能力 。 灵活选择控制变量。 可以统计估算本区域的背景误差。 统一3DVAR 与WRV2.1版的框架,为WRF的4DVAR做准备。
WRF 3DVAR 进展(续)
基础版本: 2003年7月释放。 分析中采用增量形式, 程序采用灵活的F90结构, 分析变量选择采用弱平衡约束、非交错格点, 分析前采用质量控制, 观测资料可采用BUFR格式, 分析结果有完备的诊断输出。 升级版本:2004年5月释放。该版与WRFV2.0版相配套
同化雷达径向速度,地面观测,浮标观测和风廓线观测算子等。 重新调整排序 I=x K=1(在底层) 极小化方法选用共轭梯度法。
更新边界条件
WRF 模式预报系统
预报后处理,检验 预报后处理 检验
3DVAR_OBSPROC资料的预处理
解压缩后进入目录,执行make,生成 3dvar_obs.exe Cp namelist.3dvar_obs.wrfvar_tut namelist.3dvar_obs,编辑namelist,执 行./3dvar_obs.exe,应该生成obs_gts.3dvar. 复制到$DAT_DIR目录下,并改名为 obs_gts.3dvar.2005080700