wrf2.2介绍及安装运行.ppt

1、WRFv2.2介绍及安装运行,覃卫坚 08.04.26,目录,1. Linux操作系统介绍 2. WRFv2.2模式介绍 3. WRFv2.2模式安装及运行,1. Linux操作系统介绍,什么是Linux?简单地说，Linux是一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统，它主要用于基于Intel x86系列CPU的计算机上。这个系统是由全世界各地的成千上万的程序员设计和实现的。其目的是建立不受任何商品化软件的版权制约的、全世界都能自由使用的Unix兼容产品。 Linux的出现，最早开始于一位名叫Linus Torvalds的计算机业余爱好者，当时他是芬兰赫尔辛基大学的学生。他的目的是想设计一个

2、代替Minix（是由一位名叫Andrew Tannebaum的计算机教授编写的一个操作系统示教程序）的操作系统，这个操作系统可用于386、486或奔腾处理器的个人计算机上，并且具有Unix操作系统的全部功能，因而开始了Linux雏形的设计。,Linux以它的高效性和灵活性著称。它能够在PC计算机上实现全部的Unix特性，具有多任务、多用户的能力。Linux是在GNU公共许可权限下免费获得的，是一个符合POSIX标准的操作系统。Linux操作系统软件包不仅包括完整的Linux操作系统，而且还包括了文本编辑器、高级语言编译器等应用软件。它还包括带有多个窗口管理器的X-Windows图形用户界面，如

3、同我们使用Windows NT一样，允许我们使用窗口、图标和菜单对系统进行操作。 Linux之所以受到广大计算机爱好者的喜爱，主要原因有两个，一是它属于自由软件，用户不用支付任何费用就可以获得它和它的源代码，并且可以根据自己的需要对它进行必要的修改，无偿对它使用，无约束地继续传播。另一个原因是，它具有Unix的全部功能，任何使用Unix操作系统或想要学习Unix操作系统的人都可以从Linux中获益。,Linux与Unix的区别 ? UNIX最早由几个研究生在实验室里开始的后来由一个大公司把它商业化了的一个操作系统，并它成长和占领了市场 。公司多了，就分家了，而“UNIX”这个名字由于法律关系，

4、谁也不能说自己的操作系统是“UNIX”而只能说是“UNIX兼容”系统了。所以现在“UNIX”系统是不存在的，存在的只是一个遥远的传说。Linux是基于PC(其它平台也有的支持)的UNIX兼容系统，在跟UNIX的关系上，它不比任何其它UNIX兼容系统远。 某些PC机的Unix和Linux在实现方面相类似。几乎所有的商业Unix版本都基本支持同样的软件、程序设计环境和网络特性。然而，Linux和Unix的商业版本依然存在许多差别。Linux支持的硬件范围和商业Unix不一样。一般来说，商业Unix支持的硬件多一些，可是Linux支持的硬件也在不断扩大。,突出的是，Linux至少和商用Unix一样稳

5、定。对许多用户来说，最重要的因素是价格。Linux是免费软件，用户可以从Internet网上下载。商业Unix的价值不应被贬低。除了软件本身的价格外，用户还需支付文档、售后支持和质保费。对于较大的机构，这些都很重要，但是PC机用户也许从中得不到什么好处。许多商业公司和大学等单位已经发现，在实验室用廉价的PC机运行Linux比用工作站运行商业Unix还好。Linux可以在PC机上提供工作站的功能，而PC机的价格是工作站的几分之一。,与其它操作系统（如windows)相比，Linux还具有以下优点： 1.采用阶层式目录结构，文件归类清楚、容易管理。 2.系统安全稳定，漏洞少,不易受病毒攻击。 3.

6、具有高度可移植性，系统核心只有小于10%的源代码采用汇编语言编写，其余均是采用C语言编写。 4.可与其它的操作系统如Windows98/2000/xp等并存于同一台计算机上。 缺点: Linux操作相对复杂 ，针对其系统兼容的软件少。,推荐用的linux版本：Red Hat 4.0 什么是Red Hat Linux? 来自北卡罗的程序小组(Red Hat Software), 他们的目标是让人们更方便地使用Linux。他们将所有必需的软件捆在一起形成一个发行版本(distribution)。 自从1994年夏Red Hat Linux问世以来, Linux and Red Hat Softwa

7、re飞速发展，有了很多变化，支持更多的硬件，可靠性的巨大提高，全世界的Linux公司用户不断增加。 从4.0版开始, Red Hat Linux可以在三个领先的计算机平台上运行: Intel兼容PCs、 Digital Alpha计算机，and Sun SPARC。,Linux文件与目录的操作: 显示当前目录的内容: ls 列出当前目录的文件名 ls -t 按时间次序列表,时间最近的文件排在前面 ls -l 长列表:包括多信息 ls -u 按最后使用的时间次序列表 ls -r 以逆序列出文件名 在目录的使用上: . 表示当前目录 . 表示上一层目录 / 表示系统根目录 为用户主目录 切换目录的

8、cd命令 cd tony 表示切换到当前目录下的tony子目录 cd . 切换到上一层目录,创建目录的mkdir命令 mkdir source 创建source子目录 删除目录的rmdir命令 rmdir source 删除source目录 解压缩 tar命令 tar zxvf linux86.tar.gz 对linux86.tar.gz进行解压 -c 创建一个新的tar文件 -v 显示运作过程的信息 -f 指定文件名称 -z 调用gzip压缩命令执行压缩 -j 调用bzip2压缩命令执行压缩 -t 查看压缩文件内容 -x 解开tar文件,还有一些常用的命令： vi file-name 浏览和

9、编辑文件 ./gedit file-name 编辑文件 ./configure 连接 ./compile 编译 ./install 安装,2. WRFv2.2模式介绍,WRF（Weather Research and Forecasting Model）模式是由美国环境预测中心（NCEP）,美国国家大气研究中心（NCAR）等单位发起,联合开发的新一代高分辨率中尺度气象研究与预报数值模式及同化系统。 模式分为ARW(the Advanced Research WRF)和NMM(the Nonhydrostatic Mesoscale Model)两种，即研究用和业务用两种形式，本文介绍的是 AR

10、W WRF。,WRF模式具有以下特点： WRF模式系统具有可移植，易维护，可扩充，高效率，方便等许多特点，将成为改进从云尺度到各种不同天气尺度的重要天气特征预报精度的工具。 WRF模式为完全可压缩以及非静力模式，采用F90语言编写。水平方向采用Arakawa C(荒川C)网格点（重点考虑1-10km ），垂直方向则采用地形跟随质量坐标。WRF模式在时间积分方面采用三阶或者四阶的Runge-Kutta算法。WRF模式不仅可以用于真实天气的个案模拟，也可以用其包含的模块组作为基本物理过程探讨的理论根据。此外，WRF模式还具有多重嵌套和方便的定位于不同地理位置的能力。,Arakawa-C 特点,运用

11、Arakawa-C 交错格点假设所有3维变量（U， V， 和质量）关于这些点是交错格点。对于定义的非交错格点，U格点向上交错了0.5个格点，V格点向右交错了0.5个格点，质量网格分别向上向右交错了0.5个格点。 为了便于说明，下面给出一个(XDIM，YDIM) = (4，4)的例子： (+) 为根据参数定义的点。(T)为由WRF预报模式提供和输出的质量变量的格点位置。(U)点为由WRF模式提供和输出的U动量变量的格点位置。 (V)点为由WRF模式提供和输出的V动量变量的格点位置。这样，如果使用维数(XDIM， YDIM)，则模式输出如下： (XDIM-1，YDIM-1)维的质量变量 (XDIM

12、，YDIM-1)维的U动量 (XDIM-1，YDIM)维的V动量。,WRF模式发展历程： WRF模式作为一个公共模式，由NCAR负责维护和技术支持，免费对外发布。 第一版发布在2000年11月30日，2001年5月8日第二次发布，版本号为1.1，第三次发布于2001年11月6日，只修改了两个错误，没有太多改动，版本号定为1.1.1。直到2002年4月24日，才正式第四次发布，版本号为1.2。同样，在修改一些错误以后，2002年5月22日第五次发布，版本为1.2.1。原定于2002年10月左右的第六次发布，直到2003年3月20日才推出，版本号为1.3。同年11月21日进行了更新。 第二版发布于

13、2004年5月21日，为嵌套版本V2.0，同年6月3日进行更新。2006年1月30日更新为V2.1.2，同年12月更新到V2.2版本,现在最新为3.0版本。,WRF的最新版本是2006年的圣诞节前12月22日推出的V2.2。这一版本里，在修补了前一版本的许多错误之上，新增了许多模块。不仅推出了WRF的前处理WRFSI的进化版WPS，作为过渡还仍然保留了WRF本体和WRFSI的衔接。,MM5 WRF 垂直坐标地形追随高度 地形追随质量坐标 守恒性没有考虑 质量、动量、标量 时间积分蛙跃格式 3rd order Runge-Kutta 平流计算 2nd order centered 5th ord

14、er upwind或 6th order centered 平滑抑制4阶平滑不需要 典型时间步长 3 x Dx6 x Dx 运行时间 相当,WRF和MM5的比较,硬件环境 硬盘要求至少有大于 10G 的空间。 如果需要安装 GUI 图形库，则显示器分辨率至少为1024*768。 内存应该在 512M 以上。,软件环境 WRF模式的运行系统中的一般需要的安装软件环境包括： LINUX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，版本在3.3.1以上（必须包含Fortran77,Fortran90以

15、及C的程序调用接口） MICAPS图形显示系统、VIS5D图形显示系统、GrADS或者RIP等,出处：Users Guide for Advanced Research WRF (ARW) Modeling System Version 2.2,3. WRFv2.2模式安装及运行,流程如下,设置环境变量,安装PGI,安装NETCDF,第一步 环境变量设置,在根目录root下用gedit命令打开.bash_profile文件,把准备好的.bash_profile复制到该文件上,把原来的内容覆盖(如图中阴影部分).复制完成后用vi打开进行编辑,可能有符号M产生,应把这些符号删除,最后使用:wq退出

16、保存.在root下运行source .bash_profile,第二步 安装pgi 把linux86.tar.gz复制到文件夹usr里,进行解压: tar zxvf linux86-64.tar cd / cd usr ./install (提示的话就yes就行了,路径为usr/pgi,主要还是看环境变量设置的路径为准),第三步 安装license.dat,通过以上的操作会生成license.dat文件，把新生成的license.dat文件复制到环境变量规定的路径下. 把ActivePer1-5.8.6.811-i686-linux.tar 装在opt里,解压,把解压得到的文件名改为Activ

17、ePerl-5.8 cd ActivePerl-5.8 ./install.sh ( 有提示的话yes就行了),第四步 安装NETCDF,把netcdf-3.6.1.tar.zip文件复制到环境变量规定的路径下，用命令 tar zxvf netcdf-3.6.1.tar.zip 解压 cd/usr/local/netcdf/src ./configure make make all make install 执行安装,第五步 先在usr/local/建立文件夹ncarg,把模式软件Ncar.ncar进行解压. cd INSTALL ./ INSTALL (在提示中回答如下: n 2 enter

18、 enter 3 1 enter 4 enter 5 y 0 0 ),第六步 安装grads 解压grads-1.8s|11-linux.tar.gz,在usr/local下建一个grads文件夹,把解出的三个文件放在里面,把bin里所有文件拷到local/bin里面,在root下就可以用grads了.,第七步 安装WRF主模块 在root下建立个文件夹,把WPSV2.2.TAR.gz和WRFV2.2.TAR.gz 复制到这个文件夹下面,进行解压.首先编译WRF主模块. cd WRF V2.2 ./configure (有提示的话答2) gedit configure.wrf,gedit co

19、nfigure.wrf 做以下修改: 在solve_interface 和shift_domain 两行之间添加 solve_em.o : solve_em.F 在solve_interface 和shift_domain 两行之间添加 solve_em.o 添加完成后,保存退出. ./compile ./compile em_real,第八步 编译WPS tar zxvf WPS V2.2.TAR.gz 解压 cd WPS ./configure (提示选择1) ./compile,第九步 WRFv2.2模式的运行,1 运行WPS,geogrid和ungrib 属并列关系，运行不分先后。 g

20、eogrid 建立“静态的”地面数据。 ungrib 解压GRIB 气象数据，并归纳成一个 intermediate 文件格式。 metgrid 把气象数据水平插入模式领域内。 metgrid的输出文件将被用作WRFV2.2主模块的输入文件。,1. 在/home/目录下建立WPS_GEOG目录，用来盛放模式用的地表面静态数据。(这个目录可以自己定,在这个目录下把geog.TAR.gz解压,在namelist.wps里设置geog路径正确就可以了). 这些数据分两类，一类是general input files；另一类数据是根据分辨率分为10m、5m、2m和30s（即大约分别为110km，55k

21、m，20km和1km）共4种。 2. 编辑namelist.wps 例如:以1998年4月10日-4月14日NECP资料为背景场作为例子做一次模拟。,&share wrf_core = ARW, max_dom = 2, (最大嵌套数,以2为例） start_date = 1998-04-10_00:00:00,1998-04-10_00:00:00, end_date = 1998-04-14_00:00:00,1998-04-14_00:00:00, interval_seconds = 345600 (如果使用6小时的再分析资料做为边界值的话,则这一项设为6小时,这为前处理程序的两次分析

22、时间之间的时间间隔，以秒为单位。也即模式的实时输入数据的时间间隔，一般为输入边界条件的文件的时间间隔。),在/wei/WPS路径下用命令打开并编辑namelist.wps gedit namelist.wps,&geogrid parent_id = 1, 1, （嵌套区域的母区域的标号。注意MOAD 本身没有母区域，因此PARENT_ID 的第一列总是设为1。第二列必须等于1。总列数必须等于NUM_DOMAINS） parent_grid_ratio = 1, 3, （嵌套时，母网格相对于嵌套网格的水平网格比例。在真实大气方案中，此比例必须为奇数；在理想大气方案中，如果将返馈选项feedba

23、ck设置为0的话，则此比例也可以为偶数） i_parent_start = 1, 31, （嵌套网格的左下角（LLC）在上一级网格（母网格）中x方向的起始位置 ） j_parent_start = 1, 17, （嵌套网格的左下角（LLC）在上一级网格（母网格）中y方向的起始位置） e_we = 74, 112, （x方向(西-东方向)的终止格点值 (通常为x方向的格点数)） e_sn = 61, 97, （y方向(南-北方向)的终止格点值 (通常为y方向的格点数)）,geog_data_res = 10m,2m, （区域对应选择的地表面静态数据） dx = 30000, （指定x方向的格距（

24、单位为米）。在真实大气方案中，此参数值必须与输入数据中的x方向格距一致） dy = 30000, （指定y方向的格距（单位为米）。在真实大气方案中，此参数值必须与输入数据中的y方向格距一致） map_proj = lambert, （地图投影）polar - 极射投影 lambert - 兰伯托等角投影（正割和正切） mercator - 麦卡托 ref_lat = 30.0, (中心纬度) ref_lon = 115.0, (中心经度) truelat1 = 30.0, (真实纬度) truelat2 = 60.0, stand_lon = 115.0, (标准经度) geog_data_p

25、ath = /wrf/WPS/WPS_GEOG (放置地表面静态数据路径) /,xdim = (uri-lli)*ratio_to_parent+1 ydim = (urj-llj)*ratio_to_parent+1,计算公式,1,1,74.61,uri,lli,llj,urj,3. 编辑完namelist.wps后,执行./geogrid.exe,生成静态数据,如运行成功,则会出现“Successful completion of geogrid”的提示。并生成两个文件：geo_em.d01.nc 和geo_em.d02.nc分别代表区域1和区域2的静态数据。,3. 编辑完namelist

26、.wps后,执行./geogrid.exe,生成静态数据,如运行成功,则会出现“Successful completion of geogrid”的提示。并生成两个文件：geo_em.d01.nc 和geo_em.d02.nc分别代表区域1和区域2的静态数据。,4. 在/home/下新建data文件夹用来放置客观分析资料，本例使用ncep 11每隔6小时 分析资料gfs1998041000-gfs1998041400，使用命令 ln -sf /wei/WPS/ungrib/Variable_Tables/Vtable.GFS Vtable ./link_grib.csh /home/data/

27、 ./ungrib.exe,如运行成功，则会提示 ! ! Successful completion of ungrib. ! !,并生成 FILE:1998-04-10_00 FILE:1998-04-14_00 等文件，生成文件数和namelist.wps中的 interval_seconds = 345600 有关。,5. 执行./metgrid.exe，如成功，则提示 ! ! Successful completion of metgrid. ! 并生成 ! 等文件,把生成文件复制到/wei/WRFV2/run下面,就可以进入wrf主模块的运行部分。,2 运行WRF主模块,运行real

28、 case,执行 cd /wei/WRFV2/run gedit namelist.input,&time_control run_days = 4, (运行时间（天) run_hours = 0, (时) run_minutes = 0, (分) run_seconds = 0, (秒) start_year = 1998, 1998, 2003, （起始年份） start_month = 04, 04, 07, （起始月份） start_day = 10, 10, 09, （起始日数） start_hour = 00, 00, 00, （起始小时） start_minute = 00, 0

29、0, 00, （起始分钟） start_second = 00, 00, 00, （起始秒数） end_year = 1998, 1998, 2003, end_month = 04, 04, 07, （对应的结束时间） end_day = 14, 14, 10, end_hour = 00, 00, 00, end_minute = 00, 00, 00, end_second = 00, 00, 00,interval_seconds = 345600 （前处理程序的两次分析时间之间的时间间隔） input_from_file = .true.,.true.,.false., （嵌套初始场

30、输入选项。嵌套时，指定嵌套网格是否用不同的初始场文件） history_interval = 180, 60, 60, （指定模式结果输出的时间间隔，以分钟为单位） frames_per_outfile = 1000, 1000, 1000, restart = .false., （是否进行重行启动 ） restart_interval = 1440, （重起时间间隔） io_form_history = 2 （ 2 = NetCDF ） io_form_restart = 2 （指定模式断点重启输出的格式, 2为netCDF格式） io_form_input = 2 （2 = NetCDF）

31、 io_form_boundary = 2 （指定模式边界条件数据的格式） 1 二进制格式 2 NetCDF格式 4 PHD5格式 5 GRIB1格式,debug_level = 0 / （此选项指定模式运行时的调试信息输出等级。取值可为0,50,100,200,300，数值越大，调试信息输出就越多，默认值为0） &domains time_step = 180, （积分的时间步长，为整型数，单位为秒，在真实大气中推荐值为dx公里数的6倍） time_step_fract_num = 0, （实数型时间步长的分子部分） time_step_fract_den = 1, （实数型时间步长的分母部

32、分） max_dom = 2, （最大区域数） s_we = 1, 1, 1, （x方向(西-东方向)的起始格点值 (通常为1) e_we = 74, 112, 94, （x方向(西-东方向)的终止格点值 (通常为x方向的格点数) s_sn = 1, 1, 1, (y方向(南-北方向)的起始格点值 (通常为1),e_sn = 61, 97, 91, (y方向(南-北方向)的终止格点值 (通常为y方向的格点数) s_vert = 1, 1, 1, (z方向(垂直方向)的起始格点值 ) e_vert = 28, 28, 28, (z方向(垂直方向)的终止格点值，即全垂直eta层的总层数。垂直层数在

33、各嵌套网格中必须保持一致 ) dx = 30000, 10000, 3333, (指定x方向的格距（单位为米）。在真实大气方案中，此参数值必须与输入数据中的x方向格距一致) dy = 30000, 10000, 3333, (指定y方向的格距（单位为米）。在真实大气方案中，此参数值必须与输入数据中的x方向格距一致) grid_id = 1, 2, 3, (计算区域的编号，一般是从1开始) parent_id = 0, 1, 2, (嵌套网格的上一级网格（母网格）的编号，一般是从0开始),i_parent_start = 0, 31, 30, (嵌套网格的左下角（LLC）在上一级网格（母网格）中

34、x方向的起始位置) j_parent_start = 0, 17, 30, (嵌套网格的左下角（LLC）在上一级网格（母网格）中y方向的起始位置) parent_grid_ratio = 1, 3, 3, (母网格相对于嵌套网格的水平网格比例) parent_time_step_ratio = 1, 3, 3, (嵌套时，母网格相对于嵌套网格的时间步长比例) feedback = 1, (嵌套时，嵌套网格向母网格得反馈作用。设置为0时，无反馈作用。而反馈作用也只有在母网格和子网格的网格比例(parent_grid_ratio)为奇数时才起作用) smooth_option = 0 (向上一级网

35、格（母网格）反馈的平滑选项，只有设置了反馈选项为1时才起作用的) /,&physics mp_physics = 3, 3, 3, 设置微物理过程方案，默认值为 0。 0 不采用微物理过程方案 1 Kessler 方案 (暖雨方案) 2 Lin et al 方案 (水汽、雨、雪、云水、冰、冰雹) 3 WSM 3类简单冰方案 4 WSM 5类方案 5 Ferrier(new Eta)微物理方案(水汽、云水) 6 WSM 6类冰雹方案 8 Thompson et al 方案 98 NCEP 3类简冰方案 (水汽、云/冰和雨/雪) 99 NCEP 5类方案(水汽、雨、雪、云水和冰) ra_lw_ph

36、ysics = 1, 1, 1, 此选项指定长波辐射方案，默认值为 0。 0 不采用长波辐射方案 rrtm 方案 3 Cam 方案 99 GFDL (Eta) 长波方案 (semi-supported),ra_sw_physics = 1, 1, 1, 此选项指定短波辐射方案，默认值为 0。 0 不采用短波辐射方案 1 Dudhia 方案 Goddard 短波方案 Cam 方案 99 GFDL (Eta) 短波方案 (semi-supported) radt = 10, 10, 10, （此参数指定调用辐散物理方案的时间间隔，默认值为 0, 单位为分钟。建议与dx的公里数取同样的值） sf_s

37、fclay_physics = 1, 1, 1, 此选项指定近地面层(surface-layer)方案，默认值为 0。 0 不采用近地面层方案 1 Monin-Obukhov 方案 Monin-Obukhov(Janjic) 方案 NCEP Global Forecast system 方案,sf_surface_physics = 1, 1, 1, 此选项指定陆面过程方案，默认值为 0。 0 不采用陆面过程方案 1 热量扩散方案 2 Noah 陆面过程方案 RUC 陆面过程方案 bl_pbl_physics = 1, 1, 1, 此选项指定边界层方案，默认值为 0 0 不采用边界层方案 1

38、YSU 方案 2 Mellor-Yamada-Janjic TKE(湍流动能) 方案 3 NCEP Global Forecast System方案 99 MRF 方案 bldt = 0, 0, 0, (此参数指定调用边界层物理方案的时间间隔，默认值为 0，单位为分钟。此参数指定调用边界层物理方案的时间间隔，默认值为 0，单位为分钟。0 (推荐值)表示每一个时间步长都调用边界层物理方案),cu_physics = 1, 1, 0, 此选项指定积云参数化方案，默认值为 0。 0 不采用积云参数化方案 1 浅对流Kain-Fritsch (new Eta)方案 2 Betts-Miller-Janjic 方案 3 Grell-Devenyi 集合方案 4 Simplified Arakawa-Schubert方案 99 老Kain-Fritsch 方案 cud = 5, 5, 5, (积云参数化方案的调用时间间隔，默认值为 0, 单位为分钟。 一般的积云参数化方案是每一步都要调用，但如