气海拾遗 | NOAA 正在打造“下一代”天气模式，为什么是 MPAS？

NOAA 正在打造“下一代”天气模式，为什么是 MPAS？

把地球“网格”自由拉伸，一套系统从全球算到山火——一文看懂 NOAA/GSL 的 MPAS 路线图

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图：MPAS 采用可变分辨率 Voronoi 网格，可在同一积分域内把全球 15 km 平滑过渡到 3 km，避免传统嵌套所需的侧边界条件。

1. 从 WRF 到 MPAS：NOAA 为什么“换引擎”？

• 旧烦恼：WRF 的“嵌套”需要人为设定边界，全球-区域两拨人马、两套系统，物理参数还不一致。
• 新思路：MPAS（Model for Prediction Across Scales）用非结构 Voronoi 网格，想密就密、想疏就疏，同一套动力 core 通吃全球-区域-风暴。
• 目标：2026 年 RRFS v2 业务系统计划把 MPAS 作为核心动力选项之一，与 FV3 并行评估，尚未最终拍板。

2. 三张实时“成绩单”：3 km 春季批量评估

GSL 每天 8 次滚动跑出三套 CONUS 3 km 系统，2025 年 4–5 月平均表现：

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✅ 结论：高空场误差小于现行模式，地面场持平，对流结构更逼真。

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图：4–5 月 12 h 高空温度与风误差，MPAS-RRFSA（红色）RMSE 与 Bias 双低。

3. “可变网格”放大招：同一系统，平滑过渡

实验设置：

• 全球 15 km → 东太平洋 3 km 过渡区；
• 24 h 冷启动，无需侧边界；
• 飓风个例初试：在可变分辨率域内显示出强度震荡特征，与眼墙置换周期时间尺度一致，但仍需更多例案验证。

🌪️ 潜力：未来 NOAA 可能放弃“全球+飓风嵌套”双系统，一套 MPAS 直算到风暴尺度。

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4. 山火+烟羽，也能“一网打尽”

• 1 km 西部专属域：覆盖加州-落基山，每日 24 h 预报；
• 在线烟羽追踪：PM2.5 与 5 类气溶胶当被动示踪，融合 ABI-VIIRS 实时火点；
• 2025 野外火季：成功再现 Jaw Fire（>4 000 英亩）近地面烟羽往返山谷。

🔥 实时烟羽动画

5. 数据同化再进化：JEDI + 飞机报，1 h 循环更新

GSL 正跑 MPAS-JEDI 三维集合变分（3DEnVar）：

• 每小时循环，只 assimilation 飞机观测，1 h 与 12 h 预报的温风 RMSE 有所降低
• 12 km 三十成员集合版本已上线，为 2026 年 RRFSv2 的“hourly update”探路。

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7. 小结：一张自由网格，撑开 NOAA 下十年

• ✅ 精度：高空、对流已优于现行业务；
• ✅ 效率：在保持方案稳定的前提下，仅把水平格距从 3 km/20 s 调到 3.5 km/25 s，该组实验的 CPU 耗时减少约 40 %，未来业务是否采用仍待评估；
• ✅ 统一：全球、区域、飓风、山火、气溶胶一个 core 搞定维护；
• ✅ 开放：主要开发在 ufs-community MPAS fork 进行，Workflow 工具链基于 NOAA 的 uwtools，部分脚本与配置示例可在 GitHub 获取，但实时试验数据与完整运行包仍需申请。

总的来说，MPAS仍然在发展中，全球模式确实是大趋势，但我们对于中小尺度的探索仍离不开WRF，并且相信我，在计算成本上运行MPAS需要的计算资源与空间比WRF大得多，并非等闲的课题组能驾驭。

对于新鲜事物我们并不要惊慌，一如2023年盘古天气大模型横空出世，自媒体惊呼预报员没有用了，现在看来是否夸大其辞呢