WRF运行-完整PPT

1、WRF模式的安装与运行,宋耀明 大气科学学院,1,WRF Modeling SystemOverview,2,What is WRF?,WRF: Weather Research and Forecasting Model 用途：研究 and 预报 ARW（the Advanced Research WRF） NMM（the Nonhydrostatic Mesoscale Model）， 由许多美国研究部门及大学的科学家公共参与进行开发研究的新一代中尺度预报模式和同化系统。,3,What is ARW and NMM?,两个动力内核： The Advanced Research WRF (A

2、RW) Nonhydrostatic Mesoscale Model (NMM) 动力内核包括： 对流advection, 气压梯度pressure-gradients, 科氏力Coriolis, 浮力buoyancy, 滤波filters, 耗散diffusion, and 时间积分time-stepping 地形跟随的垂直坐标系 物理过程，软件框架和部分的数据前处理和后处理都可以在两个动力内核之间共享,4,WRF ：联合模式,Version 1.0 WRF was released December 2000 Version 2.0: May 2004 (NMM added, EM nes

3、ting released) Version 2.1: August 2005 (EM becomes ARW) Version 2.2: December 2006 (WPS released) Version 3.0: April 2008 (includes global ARW version) Version 3.1: April 2009 Version 3.1.1 August 2009 Version 3.2: April 2010 Version 3.2.1 August 2010 Version 3.3: May 2011 Version 3.4: April 6, 201

4、2 Version 3.4.1: August 16, 2012 Version 3.5: April 18, 2013 Version 3.5.1: September 23, 2013,5,6,What can WRF be used for?,ARW and NMM 大气中的物理过程和参数化的研究 个例研究 实时数值天气预报 资料同化 动力过程和组织天气预报教学 ARW only 区域气候和季节时间尺度研究 化学模式耦合 全球模拟 台风模拟 多尺度上的理想实验 (e.g. 对流convection, 斜压波动baroclinic waves, 涡的模拟large eddy simulat

5、ions),7,Who uses WRF?,大气方面的科学家，学者 (动力dynamics, 物理过程physics, 天气weather, 气候研究climate research) 预报人员 相关的应用科学家 ( 空气和质量，水文，公共事业方面),8,Modeling System Components,WRF Pre-processing System (WPS) Real-data interpolation for NWP runs New obsgrid program for adding more obs to analysis WRF Model (ARW and NMM d

6、ynamical cores) Initialization programs for real and (for ARW) idealized data (real.exe/ideal.exe) Numerical integration program (wrf.exe) post processing tools (ARWpost, NCL, RIP.) WRF-Var (separate tutorial given at NCAR) WRF-Chem (separate tutorial given at NCAR),9,10,11,User Support,Email: wrfhe

7、 User Web pages: ARW:/wrf/users/ NMM:/wrf-nmm/users/ Latest update for the modeling system WRF software download Various documentation Users Guide Technical Note (ARW Description),12,13,从这里开始：,/wrf/OnLineTutorial/index.htm,

8、14,15,安装 WRF-ARW,16,前处理：WPS 主模块：WRFV 后处理：ARWpost,17,需要的软件环境,编译语言 Fortran 90/95 compiler C compiler 脚本语言 Perl 库 netCDF library Public domain mpich for MPI 通过客户端登录（ssh） 环境变量需要在根目录下的.bashrc中添加 module list查看已经加载的库,18,（一）安装WRFV3,19,WRFV 功能,REAL真实个例 为real-data 个例创建初始条件和边界条件 控制动力平衡 选择不同的物理过程 移动网格，双向嵌套网格，单项

9、嵌套网格 断点启动restart 输出数据wrfout,20,21,real case的模拟,运行目录：WRFV3/test/em_real 2个步骤：1）./real.exe 2) ./wrf.exe,22,安装WRFV3,1. 解压 tar -zvxf WRFV3.5.1.TAR.gz 得到WRFV3文件夹 2. bedug，替换更新程序,23,3. ./configure 配置文件 选择平台 :19,24,Compile for nesting? (1=basic, 2=preset moves, 3=vortex following) default: 1=basic, 有嵌套 2=p

10、reset moves, 指定移动网格 3=vortex following 自动移动网格 生成configure.wrf文件,25,4. ./compile 编译 ./compile em_real 编译信息在屏幕上直接显示 ./compilie em_real & compile.log 编译信息写到compile.log文件中,26,5. 编译成功： WRFV3/test/em_real目录下生成： real.exe, wrf.exe, tc.exe, ndown.exe, nup.exe 若编译未成功： ./clean -a 卸载后从step3开始。,27,Namelist.input

11、,28,&time_control：模拟总时长，输出的资料间隔等等 &domains：描述网格有关 &physics：选择物理过程 &fdda：grid nudging，谱nudging，obs nudging &dynamics：动力参数 &bdy_control：边界条件 &grib2：grib2资料的处理 &namelist_quilt：MPI的输入输出 &tc：台风初始化,29,模拟总时长,起止时间 （年，月，日，分，秒） 每一列代表一层网格,输入的met资料的时间间隔， 生成的边界场的时间间隔（秒）,输出数据的时间间隔（分钟） 每个wrfout里面记录多少个时次的数据,各种数据的IO

12、格式 ：2表示netcdf,运行WRF时输出运行记录的级别，数值越大，输出的信息越详细,Namelist.input,30,input_from_file =.true.,.true.,.true., input_from_file =.true.,.false.,.false., 正常运行时：restart=.false. 需要断点启动时： restart=.true. restart_interval：生成断点文件的时间间隔（分钟），表示每多少分钟生成一个断点文件。,嵌套网格是否有初始场,断点启动的设置,Namelist.input,31,积分步长，6*dx（最外层网格） 如果积分步长有小

13、数部分（分子/分母）,分子,分母,总网格数,东西方向的格点数 南北方向的格点数 垂直层数,对流层顶高度（Pa）,WPS得到的met数据的垂直层数 和土壤层数,每一层网格的水平分辨率（米）,是否反馈：0 or 1,最外层网格是否平滑：0 or 1 or 2,0 ：no smoothing 1 ：1-2-1 平滑，只用于feedback=1 2 (缺省)： smoothing-desmoothing，只用于feedback=1,Namelist.input,32,自动移动网格（用来模拟台风）,Namelist.input,33,Namelist.input,34,radt：建议和最外层网格的水平分

14、辨率的km数一致，1分钟/1km，且每层网格使用一样的数值 cu_physics：网格分辨率10km，不使用积云参数化方案，即设为0 isfflx：1表示打开，0表示关闭；在选用边界层方案且近地面层方案（sf_sfclay_physics)=1,5,7,11 时该选项有效。 ifsnow：只有在sf_surface_physics=1时才有效 icloud：只有在ra_sw_physics=1,4以及ra_lw_physics=1,4时才有效。,Namelist.input,35,&physics：选择物理过程,Namelist.input,36,Namelist.input,37,Namel

15、ist.input,38,Namelist.input,39,Namelist.input,40,Namelist.input,41,Namelist.input,42,Namelist.input,43,固定边界（海绵边界）：真实模拟 周期边界 对称边界 开放边界,理想模拟,固定边界的宽度,固定区的格点数，不能修改,缓冲区的格点数,是否使用固定边界（最外层网格有效）,spec_bdy_width = spec_zone + relax_zone.,是否是嵌套网格,Namelist.input,44,&tc：台风初始化,Namelist.input,45,大型机提交作业脚本：run.sh,#!

16、/bin/bash #PBS -S /bin/bash #PBS -N 2011(学号) #PBS -P P002427001 #PBS -q Economy #PBS -l nodes=1:ppn=6 #PBS -l jobtype=parallel #PBS -l walltime=24:00:00 cd $PBS_O_WORKDIR mpirun -np 6 ./wrf.exe,46,（二）安装WPS,47,48,工作流程,49,geogrid：处理地形资料和网格数据 ungrib：解码GRIB资料，得到气象要素场 metgrid：将气象要素场水平插值到地形资料上 namelist.wp

17、s,50,WPS 功能,定义模拟的网格区域和网格数 处理模拟区域上的地形，土地类型，土壤类型等等(“static” fields静态场) 解码GRIB文件，得到气象数据 (u, v, T, q, surface pressure, soil data, snow data, sea-surface temperature, etc.) 将气象数据差值到水平网格格点和垂直模式层 可以选择性的添加更多的观测资料 (通过独立模块),51,安装WPS,1. 解压 tar -zvxf WPS3.5.1.TAR.gz 得到WPS文件夹 ./configure 选择平台: 20 生成configure.wp

18、s,52,需要修改的地方：打开configure.wps 1). 2). WRF主模块的位置：根据实际安装的位置进行修改,NCARG_LIBS = -L$(NCARG_ROOT)/lib -lncarg -lncarg_gks -lncarg_c -L/usr/lib64 -lX11 lcairo,53,1. 修改namelist.WPS 2. 处理地形资料和网格数据 ./geogrid.exe & geogrid.log 生成geo_em.d01(d02, d03,).nc,54,3. ungrib：解码GRIB资料，得到气象要素场 （1）链接正确的Vtable WPS/ungrib/Var

19、iable_Tables/ ln sf ungrib/Variable_Tables/Vtable.GFS Vtable 检查是否有正确链接生成,55,Vtable.GFS,56,(2) 链接外部数据fnl ./link_grib.csh /路径/fnl_* (3) ./ungrib.exe & ungir.log 生成FILE:为前缀的中间文件,57,4. metgrid：将气象要素场水平插值到地形资料上 ./metgrid.exe & metgrid.log 生成类似met_em.d01.*文件。,58,Namelist.wps,59,1，binary，后缀：.int 2，netcdf，后

20、缀：.nc 3，GRIB1，后缀：.gr1,Namelist.wps,60,Namelist.wps,61,Namelist.wps,62,如何计算各层网格格点数？ 如何确定各层网格的位置？,Namelist.wps,63,地形分辨率： 10- 18.5km 5- 9.25km 2- 3.7km 30 - 0.925 km 1个经纬度111km 1= 60,Namelist.wps,64,投影方式,truelat：在地图投影上，该纬度上没有距离形变。 选择地图投影时，要尽可能使得模拟的区域产生最小的形变。,Namelist.wps,65,兰伯特投影,光源放在地心，映像面是圆锥面 标准纬度：60

21、N和30N 应用在中纬度地区形变比较小,Namelist.wps,66,麦卡托投影,投影光源放在地心，映像面为圆柱面 标准纬度：30N和30S（22.5N,22.5S） 低纬地区变形较小,Namelist.wps,67,极射投影,光源在南极，映像面是个平面 标准纬度：60N 在高纬度地区变形较小,Namelist.wps,68,等距圆柱投影,适用于全球模拟,三个参数 可以根据需要进行修改,Namelist.wps,69,ungrib写出的中间文件的格式 WPS, SI, MM5,ungrib写出中间文件的前缀,Namelist.wps,70,用到的中间文件的前缀,1，binary，后缀：.int 2，netcdf，后缀：.nc 3，GRIB1，后缀：.gr1,metgrid生成的网格数据的格式,Namelist.wps,71,&datetime：时间控制,Namelist.wps,72,&io：输入输出,Namelist.wps,73,&interp：垂直插值,Namelist.wps,74,4. ./compile & compile.log 5. 编译成功： WPS目录下生成： geogrid.exe, ungrib.exe