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Chapter 3: WRF Preprocessing System (WPS)Table of Contents Installing the WPS Running the WPS Creating Nested Domains with the WPS Using Multiple Meteorological Data Sources Parallelism in the WPS Checking WPS Output WPS Utility Programs Creating and Editing VtablesWriting Static Data to the Geogrid Binary Format(數(shù)學(xué)高程模型二進制) Description of Namelist Variables（名稱變量的描述） Description of GEOGRID.TBL Options% x( v* o% g A Description of index Options Available Interpolation Options in Geogrid and Metgrid. y9 B/ v8 _- b& Land Use and Soil Categories in the Static Data介紹WRF 前處理系統(tǒng)（WPS）是一個由三個程序組成的模塊，這三個程序的作用是為真實數(shù)據(jù)模擬準備輸入場。三個程序的各自用途為：geogrid確定模式區(qū)域并把靜態(tài)地形數(shù)據(jù)插值到格點；ungrib從GRIB格式的數(shù)據(jù)中提取氣象要素場；metgird則是把提取出的氣象要素場水平插值到由geogrid確定的網(wǎng)格點上。把氣象要素場垂直方向插值到WRF eta層則是WRF模塊中的real程序的工作。上圖給出了數(shù)據(jù)在WPS的三個程序之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。正如圖像所示，WPS里每個程序都會從一個共同的namelist文件里讀取參數(shù)。這個 namelist文件按各個程序所需參數(shù)的不同分成了三個各自的記錄部分及一個共享部分，它們分別定義了WPS系統(tǒng)所要用到的各種參數(shù)。被三個程序各自用 到的表格文件沒有在圖中顯示出來。盡管這些表格無需用戶改動，但是這些個表格卻提供了控制程序運行的額外信息。GEOGRID.TBL, METGRID.TBL,和Vtable文件將會在后文中被詳細介紹。安裝WPS的步驟和安裝WRF的步驟基本相同，都提供了編譯的選項，只是平臺有所變化。當MPICH庫及合適的庫可以使用時，metgird和 geogrid程序可以用分布式內(nèi)存來編譯，如果是這樣操作，那當用戶在設(shè)置大的模擬區(qū)域時就可以花更少的時間。但是ungrib程序卻不能使用并行，因此只能用單CPU來操作。各個程序的功能; w* C/ E. N y UWPS是由三個單獨的程序geogrid，ungrib和metgird組成。當然，也包括了很多其它的應(yīng)用程序，這些程序放在util目錄下。下面是對這三個主要程序的一個簡單描述，更詳細的內(nèi)容將在后邊的章節(jié)進一步介紹。程序geogrid的目的是確定模擬區(qū)域，及把各種地形數(shù)據(jù)集插值到模式格點上。模擬區(qū)域的確定是通過設(shè)置namelist.wps文件中的與 “geogrid”有關(guān)的參數(shù)來實現(xiàn)的。除了計算經(jīng)緯度和地圖每個格點的比例因子外，geogrid還會根據(jù)默認值來插值土壤類型、地表利用類型、地形高 度、年平均深層土壤溫度、月季植被覆蓋、月季反照率、最大的積雪反照率及斜坡的類別?？梢酝ㄟ^WRF的官方網(wǎng)站來下載這些場的全球數(shù)據(jù)集，而且這些資料可 以被看成是不隨時間改變的，因此只需下一次就可以了。很多數(shù)據(jù)集只有在某一特定精度上才能使用，但是其它的則可在30,2, 5, 和10中的任何一個精度使用；其中的意思是弧秒而則是代表弧分（具體見下面的表格）。盡管一個與模擬區(qū)域分辨率接近的地形數(shù)據(jù)被應(yīng)用后，這個插值后 的地形場可能更具代表性，但是用戶仍是無需下載所有可用的分辨率的數(shù)據(jù)（SJ認為還是全下載的好）。盡管如此，那些希望應(yīng)用擁有可以覆蓋大范圍的格點空間的區(qū)域的用戶，還是愿意下載所有分辨率的靜態(tài)地形數(shù)據(jù)。除了插值默認的靜態(tài)數(shù)據(jù)，geogrid程序還可以插值進更多的連續(xù)的且不同種類的地形到模擬區(qū)域?？梢酝ㄟ^應(yīng)用表格文件GEOGRID.TBL來實現(xiàn)插 值新的或額外的數(shù)據(jù)集到模擬區(qū)域。GEOGRID.TBL文件定義了所有可以被geogrid生成的地形場；它描述了插值一個地形場所需的方法，及所需數(shù) 據(jù)所放的具體位置。由geogrid生成的文件的格式是WRF I/O API，因此可以通過選擇NetCDF I/O格式使geogrid生成NetCDF格式的輸出文件，以便更方便的用一些外部軟件ncview，NCL和最新版本的RIP4來實現(xiàn)可視化（畫出 地形圖）。ungrib程序ungrib 程序讀GRIB文件，“抽出”數(shù)據(jù)，然后把它們用一個簡單的格式寫出來，這種格式就是“過渡”格式（格式是SJ的個人翻譯，具體參考英文文獻，及 writing data to the intermediate format一節(jié)以獲得關(guān)于這個格式的更多細節(jié)）。GRIB文件包含隨時間變化的氣象要素場，而且它是從其它區(qū)域或全球模式如NCEP的NAM或GFS 模式而來的。ungrib程序可以讀GRIB1的數(shù)據(jù)，當然，如果編譯時選擇了GRIB2的選項，則就可以讀GRIB2的數(shù)據(jù)。GRIB 文件包含的要素場多于啟動WRF所需的數(shù)量。兩種不同格式的GRIB用了不同的編碼來確定變量和在GRIB文件中的層次。ungrib用這些編碼表格 Vtable（variable tables）來確定那些場需要從GRIB文件里提取出來并寫成過渡格式。關(guān)于編碼的細節(jié)可以在WMO GRIB文檔中找到。對于相同GRIB模式輸出文件的各種Vtables可以在WPS主目錄下的/ungrib/Variable_Tables/里。 WPS為NAM104和212格點、NAM AWIP格式、GFS、NCEP/NCAR再分析、RUC（氣壓坐標數(shù)據(jù)和混合坐標數(shù)據(jù)），AFWA的AGRMET地表模式輸出，ECMWF及其它數(shù)據(jù) 集。用戶可以以其它Vtable做模板來為其它的模式輸出創(chuàng)造自己的Vtable；要進一步了解關(guān)于Vtable中要素場的細節(jié)，可以參考 creating and editing Vtables。Ungrib 可以用三個用戶可選格式中任何一個來寫過渡數(shù)據(jù)，這三個格式是：WPS一個新的格式，它包含了對接下來的程序有用的額外信息；SIWRF之前使用過的 過渡格式；MM5用來向MM5模式輸入GRIB2數(shù)據(jù)。盡管WPS格式是被推薦使用的，但是這三個中的任何一個格式都可以被用來啟動WRF。metgrid程序氣metgrid程序的作用是把ungrib程序提取出的氣象要素場水平插值到geogrid確定的模擬區(qū)域上。這個插值后的數(shù)據(jù)可以被WRF的real程序所識別并吸收。metgird插值的那些數(shù)據(jù)的時間段可以通過設(shè)置namelist.wps中share記錄部分來調(diào)整，而且每個模擬區(qū)域（最外圍區(qū)和嵌套區(qū)）的時間都要單獨設(shè)置。與ungrib程序一樣，metgird所處理的數(shù)據(jù)也是隨時間改變的，因此每次做新的模擬時，都要運行metgird程序。METGRID.TBL 文件是用來控制如何把氣象要素場進行插值的。METGRID.TBL文件為每個要素場都提供了一個區(qū)間，在這個區(qū)間里，可能會確定諸如要素場的插值方式、 作為標記插值以及要素場所要插值的網(wǎng)格（如ARW的U，V；NMM的H，V）。由metgrid生成的文件的格式是WRF I/O API，因此可以通過選擇NetCDF I/O格式使metgrid生成NetCDF格式的輸出文件，以便更方便的用一些外部軟件ncview，NCL和最新版本的RIP4來實現(xiàn)可視化（畫出 地形圖）。運行WPSMe運行WRF Preprocessing System（WPS）有如下三個步驟：1，利用geogrid模塊確定一個模式的粗糙區(qū)域（最外圍的范圍），及其它嵌套區(qū)域2，利用ungrib把模擬期間所需的氣象要素場從GRIB資料集中提取出來3，利用metgird把上述的氣象要素場（第二步所做的工作）水平插值到模式區(qū)域（第一步所做的工作）中當多個模擬在同一區(qū)域重復(fù)進行時，只需要做一次第一步的工作即可（也就是說geogrid.exe所做出的地形資料geo_em.d0*.nc可以重復(fù) 利用）；因此，只有隨時間改變的數(shù)據(jù)才需要在每次模擬時用第二、三步來處理。類似的，如果在多次模擬中，氣象數(shù)據(jù)是類似的，但是地形區(qū)域卻不斷改變的話， 那第二步是可以省略的。下面是各個步驟的詳細說明：Step 1: 確定模式區(qū)域如果WPS安裝成功，會在WPS根目錄下出現(xiàn)三個可執(zhí)行程序geogrid.exe, ungrib.exe和metgird.exe（原程序在各自的同名子目錄下）的鏈接。除了這三個可執(zhí)行程序的鏈接，還有一個namelist.wps文 件。下面是一個WPS主目錄下各組件的列表：drwxr-xr-x 2 4096 arch-rwxr-xr-x 1 1672 clean氣-rwxr-xr-x 1 3510 compile-rw-r-r- 1 85973 compile.output-rwxr-xr-x 1 4257 configure-rw-r-r- 1 2486 configure.wpsdrwxr-xr-x 4 4096 geogridlrwxrwxrwx 1 23 geogrid.exe - geogrid/src/geogrid.exedrwxr-xr-x 3 4096 metgridlrwxrwxrwx 1 23 metgrid.exe - metgrid/src/metgrid.exe-rw-r-r- 1 1101 namelist.wps-rw-r-r- 1 1987 namelist.wps.all_options-rw-r-r- 1 652 namelist.wps.nmm-rw-r-r- 1 4786 READMElrwxrwxrwx 1 21 ungrib.exe - ungrib/src/ungrib.exedrwxr-xr-x 3 4096 utilMete模式的最外層區(qū)域和其它嵌套區(qū)域都是在namelist.list中g(shù)eogrid記錄里設(shè)置的，另外，在share記錄里也有需要設(shè)置的參數(shù)。下面是關(guān)于這兩個部分的一個模板，并且如果想獲得更多關(guān)于每個參數(shù)的可能設(shè)置及其目的的信息，可以參考description of namelist variables&sharewrf_core = ARW,max_dom = 2,start_date = 2008-03-24_12:00:00,2008-03-24_12:00:00,; r$ g% N i* ainterval_seconds = 21600,io_form_geogrid = 2/&geogridparent_id = 1, 1, parent_grid_ratio = 1, 3,Mj_parent_start = 1, 17,s_we = 1, 1,s_sn = 1, 1,e_sn = 61, 97,Mgeog_data_res = 10m,2m,dy = 30000,!map_proj = lambert,ref_lat = 34.83,氣ref_lon = -81.03,truelat1 = 30.0,truelat2 = 60.0,geog_data_path = /mmm/users/wrfhelp/WPS_GEOG/為了總結(jié)一些列與 geogrid有關(guān)的share記錄中的典型改變，與WRF的動力核有關(guān)的wrf_core要首先被選擇。如果WPS要為ARW（Advanced Research WRF）模擬而運行，那wrf_core就設(shè)成ARW，如果要為NMM（Nonhydrostatic Mesoscale Model）模擬的話，則設(shè)成NMM。當選擇好動力內(nèi)核后，接下來選擇max_dom，即區(qū)域（最外層的一個嵌套數(shù)）的總數(shù)（當 wrf_core=ARW）或者嵌套的層次（當wrf_core=NMM）。因為geogrid生成的僅僅是時間獨立的數(shù)據(jù)，因此 start_date,end_date, 和 interval_seconds這些參數(shù)將被其忽略。另外，還有一些可選的選項，如opt_output_from_geogrid_path，如果設(shè)成默認值，則由geogrid.exe生成的地形文件將被放到當前工作目錄（WPS的主目錄），如果想放到別的目錄下，則根據(jù)需要修改即可；io_form_geogrid則是設(shè)置地形數(shù)據(jù)輸出格式的。在geogrid的記錄部分，是關(guān)于模擬區(qū)域投影的設(shè)置，同時也設(shè)置了模式格點的大小和 所在位置。模式所用的地圖投影方式由map_proj來設(shè)置，其它用來設(shè)置投影的參數(shù)總結(jié)如下：Meteorological Numerical Model Union of China (MNMUC) 中國氣象數(shù)值模式聯(lián)盟. _/ g# |& A& Y0 M地圖投影方式/與相應(yīng)投影方式有關(guān)的參數(shù)變量lambert truelat1truelat2 (optional)stand_lon& C6mercator truelat1polar truelat1stand_lonlat-lon pole_latstand_lon如果WRF是在一個局地區(qū)域里運行，那粗糙區(qū)域（最外層區(qū)域）位置則是通過ref_lat和ref_lon來定位，它們分別確定了粗糙區(qū)域的緯度和經(jīng)度。如果也要處理嵌套區(qū)域，則它們的位置是通過i_parent_start 和j_parent_start來確定；更多關(guān)于設(shè)置嵌套區(qū)域的細節(jié)可以參考nested domains一節(jié)。接下來，粗糙區(qū)域的維數(shù)由dx和dy來確定，它們分別確定了x軸和y軸上標準格距的長度，而e_we和e_sn則分別給出了x軸（東 西方向）和y軸（南北方向）上的格點數(shù)（具體設(shè)置方案可見后邊description of namelist variables）；對應(yīng)lambert, mercator, 和 polar投影方式，dx和dy的單位是米，對于lat-lon投影方式，dx和dy的單位則是度。對于嵌套區(qū)域，只有e_we和 e_sn可以用來確定格點的維數(shù)，格點的dx和dy是不能被設(shè)定的，因為它們的值已經(jīng)被parent_grid_ratio和parent_id所決定 了，這兩個參數(shù)分別確定了嵌套的上一級區(qū)域（父區(qū)域）的格點距離與嵌套的格點距離的比值和嵌套的上一級區(qū)域的格點編號。對于全球的模擬，粗糙區(qū)域（最外圍區(qū)域）的覆蓋范圍就應(yīng)該是全球，所以ref_lat和ref_lon就不在被使用，而且dx和dy也不應(yīng)該再被設(shè)置，這是因為這個格距將根據(jù)格點數(shù)被自動計算出來。同樣需要注意的是，經(jīng)緯度投影（map_proj = lat-lon）是WRF中唯一支持全球區(qū)域（全球模擬）的投影方式。除了設(shè)置與模式區(qū)域的投影方式、位置和覆蓋范圍有關(guān)的參數(shù)外，靜態(tài)數(shù)據(jù)集的路徑也必須通過參數(shù)geog_data_path被正確的設(shè)置。同樣，用戶可能會通過設(shè)置geog_data_res參數(shù)來選擇靜態(tài)數(shù)據(jù)的分辨率以便于geogrid的插值，而分辨率的值要與GEOGRID.TBL中的數(shù)據(jù)分辨率吻合。如果靜態(tài)數(shù)據(jù)集是從WRF官網(wǎng)下載的，則可能的分辨率會包括30s,2m,5m, 和 10m,分別對應(yīng)的是30秒，2-，5-，10-分的數(shù)據(jù)。根據(jù)wrf_core所設(shè)值的不同，geogrid需要不同的GEOGRID.TBL 與之對應(yīng)，因為WPS會根據(jù)動力內(nèi)核的不同插值出不同的網(wǎng)格。如果wrf_core=ARW，則應(yīng)該使用GEOGRID.TBL.ARW，如果是 wrf_core=NMM，則相應(yīng)的要用GEOGRID.TBL.NMM。可以通過鏈接正確的GEOGRID.TBL文件來正確使用它，原始的文件放在geogrid目錄里（另一種方法是通過opt_geogrid_tbl_path參數(shù)來設(shè)定文件的位置來使用它）。$ ls geogrid/GEOGRID.TBLlrwxrwxrwx 1 15 GEOGRID.TBL - GEOGRID.TBL.ARW如果想了解更多的關(guān)于各個參數(shù)的意義和可能的選項，可以參考description of the namelist variables。在namelist.wps中設(shè)置了合適的模擬和嵌套區(qū)域，geogrid.exe就可以處理地形文件了。在ARW的個例中，地形文件被命名為 geo_em.d0N.nc，其中每個文件中的N代表嵌套的序號。當運行NMM個例時，粗糙區(qū)域（外圍區(qū)）的地形數(shù)據(jù)文件的名字為 geo_nmm.d01.nc，嵌套的文件則是geo_nmm_nest.l0N.nc，其中N代表嵌套的級數(shù)。還需要注意的是，文件的后綴會隨參數(shù) io_form_geogrid設(shè)定的不同而不同。運行g(shù)eogrid.exe的命令是：$ ./geogrid.exe% J# g$ h/ f4 o% u9 I) _當程序運行成功后，會出現(xiàn)如下信息氣! u/ - 6 w m6 HA1 V6 W, H E! Successful completion of geogrid. !并且WPS的主目錄下會出現(xiàn)地形文件（或者出現(xiàn)在opt_output_from_geogrid_path所設(shè)定的目錄下）。如果沒有出現(xiàn)，可以通過檢查 geogrid.log來找出可能的失敗原因。如果想了解更多的關(guān)于檢查geogrid輸出結(jié)果的信息，可以參考checking WPS output一節(jié)。$lsdrwxr-xr-x 2 4096 arch# -rwxr-xr-x 1 1672 clean-rwxr-xr-x 1 3510 compile-rw-r-r- 1 85973 compile.output氣象-rw-r-r- 1 2486 configure.wps-rw-r-r- 1 4745324 geo_em.d02.ncdrwxr-xr-x 4 4096 geogridlrwxrwxrwx 1 23 geogrid.exe - geogrid/src/geogrid.exe-rw-r-r- 1 11169 geogrid.log9、-rwxr-xr-x 1 1328 link_grib.csh drwxr-xr-x 3 4096 metgrid-rw-r-r- 1 1094 namelist.wps-rw-r-r- 1 1987 namelist.wps.all_options -rw-r-r- 1 1075 namelist.wps.global-rw-r-r- 1 652 namelist.wps.nmmdrwxr-xr-x 4 4096 ungriblrwxrwxrwx 1 21 ungrib.exe - ungrib/src/ungrib.exe drwxr-xr-x 3 4096 utilStep 2:利用ungrib從GRIB文件中提取氣象要素場當已經(jīng)下載了GRIB格式的氣象數(shù)據(jù)后，提取要素場以轉(zhuǎn)成過渡格式的第一步所要做的參數(shù)設(shè)置涉及到“share”和“ungrib”兩個部分。下面是關(guān)于這兩部分的一個模板：&sharewrf_core = ARW,start_date = 2008-03-24_12:00:00,2008-03-24_12:00:00,interval_seconds = 21600,io_form_geogrid = 2/j&ungrib) s) h8 D) V. 9 ?out_format = WPS,/在 “share”部分，與ungrib有關(guān)的參數(shù)是粗糙區(qū)域（外圍區(qū)）的開始和結(jié)束時間（start_date和end_date; 或者start_year, start_month, start_day, start_hour, end_year, end_month, end_day和end_hour）以及氣象數(shù)據(jù)文件的時間間隔（interval_seconds）。在“ungrib”部分，參數(shù) out_format是用來設(shè)置過渡數(shù)據(jù)文件的格式的；metgird程序可以讀任何一個被ungrib支持的格式，因此雖然WPS是被推薦的格式, 但是WPS，SI, 和MM5中的任何一個都可以作為選項被選擇；另外，用戶可以通過設(shè)置prefix參數(shù)來確定過渡數(shù)據(jù)文件的保存路徑和前綴。例如，如果prefix被設(shè)成ARGRMET，那過渡數(shù)據(jù)的文件名就是AGRMET:YYYY-MM-DD_HH，其中YYYY-MM-DD_HH是文件中數(shù)據(jù)的真實的日期。在合理的修改了 namelist.wps文件后，Vtable文件也是需要事先被提供的，并且GRIB文件也要被鏈接（拷貝）到ungrib.exe所期望的目錄下（一 般是WPS的主目錄，如果WPS被安裝成功的話）。如果WPS要處理氣象數(shù)據(jù)，就要在Vtable的輔助下進行才行，即使Vtabel僅僅被象征性地以 Vtable來命名并鏈接到ungrib.exe所期望的目錄下（一般是WPS的主目錄）。例如，如果是來自GFS模式的GRIB數(shù)據(jù)，可以如此處理：$ ln -s ungrib/Variable_Tables/Vtable.GFS Vtable程序?qū)L試以 GRIBFILE.AAA,GRIBFILE.AAB, , GRIBFILE.ZZZ這樣的文件名來讀取GRIB數(shù)據(jù)。為了能簡化把GRIB數(shù)據(jù)鏈接到到合適的目錄，并以這些名字來命名，程序提供了一個shell 的腳本link_grib.csh。這個腳本通過讀取一個以GRIB數(shù)據(jù)文件名為列表的命令行參數(shù)來完成上述工作。例如，如果GRIB數(shù)據(jù)被下載到一個 /data/gfs的目錄下，那這些文件可以用下面的方法來進行鏈接：$ ls /data/gfs/ j. ! * G% Z-rw-r-r- 1 42728372 gfs_080324_12_00-rw-r-r- 1 48218303 gfs_080324_12_06$ ./link_grib.csh /data/gfs/gfs*上述操作完成后，WPS目錄下的列表將是如下所示：drwxr-xr-x 2 4096 archM-rwxr-xr-x 1 1672 clean-rwxr-xr-x 1 3510 compile-rwxr-xr-x 1 4257 configure-rw-r-r- 1 2486 configure.wps-rw-r-r- 1 1957004 geo_em.d01.ncdrwxr-xr-x 4 4096 geogridlrwxrwxrwx 1 23 geogrid.exe - geogrid/src/geogrid.exe-rw-r-r- 1 11169 geogrid.loglrwxrwxrwx 1 38 GRIBFILE.AAB - /data/gfs/gfs_080324_12_06-rwxr-xr-x 1 1328 link_grib.csh s D9 H3 v: d4 Kdrwxr-xr-x 3 4096 metgrid-rw-r-r- 1 1094 namelist.wps-rw-r-r- 1 1987 namelist.wps.all_options-rw-r-r- 1 1075 namelist.wps.global-rw-r-r- 1 652 namelist.wps.nmmdrwxr-xr-x 4 4096 ungriblrwxrwxrwx 1 21 ungrib.exe - ungrib/src/ungrib.exedrwxr-xr-x 3 4096 utillrwxrwxrwx 1 33 Vtable - ungrib/Variable_Tables/Vtable.GFS修改完namelist.wps并鏈接了合適的Vtable和正確的GRIB文件后，ungrib.exe就可以被執(zhí)行以生成過渡數(shù)據(jù)格式的氣象數(shù)據(jù)文件了。Ungrib可按如下命令進行操作：氣象,數(shù)值$ ./ungrib.exe & ungrib.outputMet因為ungrib程序會產(chǎn)生一個數(shù)量相當可觀的輸出，因此這個操作是被推薦的，這樣可以把輸出間接地輸入到一個名字為ungrib.output的文件中。如果ungrib.exe運行成功，過渡數(shù)據(jù)文件將會在正確的目錄中出現(xiàn)，且則會有如下信息被打印在文件的最后部分：!: K/ ? P% u# |# i/ b z! Successful completion of ungrib. !B, n# Z! O- B* # K) % R這個過渡數(shù)據(jù)的文件名將會以FILE:YYYY-MM-DD_HH的形式命名（除非prefix參數(shù)被設(shè)置成其它名字）$lsdrwxr-xr-x 2 4096 archM-rwxr-xr-x 1 1672 clean-rwxr-xr-x 1 3510 compile-rw-r-r- 1 85973 compile.output-rw-r-r- 1 2486 configure.wps-rw-r-r- 1 154946888 FILE:2008-03-24_12-rw-r-r- 1 154946888 FILE:2008-03-24_18氣象-rw-r-r- 1 1957004 geo_em.d01.nc-rw-r-r- 1 4745324 geo_em.d02.nc7 v&drwxr-xr-x 4 4096 geogridlrwxrwxrwx 1 23 geogrid.exe - geogrid/src/geogrid.exe-rw-r-r- 1 11169 geogrid.loglrwxrwxrwx 1 38 GRIBFILE.AAA - /data/gfs/gfs_080324_12_00lrwxrwxrwx 1 38 GRIBFILE.AAB - /data/gfs/gfs_080324_12_06drwxr-xr-x 3 4096 metgridlrwxrwxrwx 1 23 metgrid.exe - metgrid/src/metgrid.exe-rw-r-r- 1 1987 namelist.wps.all_options-rw-r-r- 1 1075 namelist.wps.global-rw-r-r- 1 652 namelist.wps.nmm-rw-r-r- 1 4786 READMEdrwxr-xr-x 4 4096 ungriblrwxrwxrwx 1 21 ungrib.exe - ungrib/src/ungrib.exeM-rw-r-r- 1 1418 ungrib.log,drwxr-xr-x 3 4096 util氣ungrib/Variable_Tables/Vtable.GFSMeteWPS創(chuàng)建嵌套區(qū)域氣象做帶嵌套的模擬試驗并不比做單層區(qū)域的難多少，嵌套區(qū)域的模擬和單層嵌套的不同之處在于，當運行g(shù)eogrid和metgrid程序時，處理的將不止一個格點了。為了確定嵌套的大小和位置，將要設(shè)置一系列的namelist.wps中的參數(shù)，下面是設(shè)置一個嵌套的模板：&sharewrf_core = ARW,氣象max_dom = 2,Meteo start_date = 2008-03-24_12:00:00,2008-03-24_12:00:00,、end_date = 2008-03-24_18:00:00,2008-03-24_12:00:00,interval_seconds = 21600,io_form_geogrid = 2Me&geogridparent_id = 1, 1,parent_grid_ratio = 1, 3,j_parent_start = 1, 17,氣象s_we = 1, 1,s_sn = 1, 1,e_sn = 61, 97,geog_data_res = 10m,2m,dx = 30000,dy = 30000,map_proj = lambert,ref_lat = 34.83,Mref_lon = -81.03,truelat2 = 60.0,stand_lon = -98./設(shè)置 與嵌套有關(guān)的參數(shù)如上。在上邊這個例子中，“share”中第一個要改的是max_dom的數(shù)值，即總共的區(qū)域個數(shù)（最外圍區(qū)域嵌套區(qū)）。由此，以后任何與區(qū)域有關(guān)的參數(shù)都要設(shè)置N個值，每個值對應(yīng)一個網(wǎng)格?！皊hare”中唯一需要改變的是模擬的起止時間。每個模擬區(qū)域都要有一個起止時間與之對應(yīng)，當 然這個時間的設(shè)置是有限制的，那就是子區(qū)域的起始時間一定要晚于或至少與其父區(qū)域（上一級區(qū)域）起始時間相等；同樣，終止時間也一定要早于或至少與父區(qū)域 的終止時間相等；而且，嵌套的起止時間的給定最好都和用戶想要嵌套啟動的時間一致（即起始時間是嵌套的起始時間，并且終止時間也等于起始時間）。這是因為，嵌套是從它的父區(qū)域得到的邊界條件，因此，除了WRF中用到網(wǎng)格松弛，或者說松弛分析，嵌套只要在初始時間接受WPS的處理即可。但是很重要的一點 是，當運行WRF時，對每個區(qū)域的真實的起始時間卻是要在namelist.input文件里詳細給出的。剩下要做的就是對geogrid 進行設(shè)置了。在這塊記錄中，通過改變參數(shù)parent_id來設(shè)置每個區(qū)域的父區(qū)域，除了粗糙區(qū)域（最外圍區(qū)）的父區(qū)域是自己本身外，每個區(qū)域都必須是另 一個區(qū)域的子區(qū)域。與每個區(qū)域的父區(qū)域的ID類似，每個父區(qū)域和其子區(qū)域的格點距離的比值是通過參數(shù)parent_grid_ratio來設(shè)定的。4 x k4 $ W. F- Z8 接下來，需要通過參數(shù)i_parent_start和j_parent_start來設(shè)定子區(qū)域左下角在父區(qū)域內(nèi)的位置（i，j），并且這個位置是在無參差格點的情況下確定的。每個區(qū)域的格點維數(shù)都要通過參數(shù)s_we, e_we,s_sn,和e_sn來設(shè)置。關(guān)于與格點有關(guān)的設(shè)置的模板在上圖已經(jīng)給出。其中，每個網(wǎng)格在南北（s_sn）向和東西（s_we）向的起始格點 都要設(shè)置成1，而相應(yīng)的終止（e_sn和e_we）格點則是區(qū)域的總維數(shù)，為了保證每個嵌套區(qū)域的右上角與父區(qū)域的無參差格點想重合， e_sn和e_we的大小必須要比parent_grid_ratio所設(shè)數(shù)值的N倍再大一個。同樣的，每個區(qū)域所要插值的源數(shù)據(jù)的分辨率（可參考 description of namelist variables）需要通過參數(shù)geog_data_res來設(shè)定。用戶可通過閱讀description of namelist variables獲得一個對namelist各個參數(shù)的完整描述。利用多重氣象數(shù)據(jù)源metgrid程序可以插值不隨時間變化的要素場，也能從多個源數(shù)據(jù)中獲得要素場并進行插值。第一個功能可以通過設(shè)置&metgrid記錄中的參數(shù)constants_name來實現(xiàn)，這個參數(shù)可以用來設(shè)置一系列具有過渡格式的文件的文件名（如果需要還可包含路徑信息），這些文件里面包含了不隨時間改變的要素場，并且在每次metgrid進行處理時都可以被用上，例如，短時模擬可能會用上常值SST（海表溫度）場這個場只需有一個時次的值就可以 了，用法如下：&metgrid/ 或者; o8 Cconstants_name = LANDSEA, SOILHGT/第二個功能從多個源數(shù)據(jù)里獲得資源進行插值在有兩個或兩個以上補充數(shù)據(jù)（隨時間變化）且需要被合并到一起后進行real.exe處理的情況下是非常有用的?？梢酝ㄟ^&metgrid記錄中的參數(shù)fg_name設(shè)置一系列具有過渡格式的數(shù)據(jù)的前綴（如果需要還可包含路徑信息）來實現(xiàn)此功能。當給出多個路徑-前綴的設(shè)置，如果相同的氣象要素場在多個數(shù)據(jù)文件中出現(xiàn)，則最后一次出現(xiàn)的數(shù)值將被使用，不論之前出現(xiàn)過多少次靠后原則。因此，可以通過調(diào)整源數(shù)據(jù)的順序來安排它們的優(yōu)先級別。下面是一個關(guān)于使用插值地面要素場和高空風(fēng)場到地形網(wǎng)格上的模板：&metgridfg_name = /data/ungribbed/SFC, /data/ungribbed/UPPER_AIR可以通過合理的設(shè)置&ungrib記錄中的參數(shù)prefix來達到簡化從GRIB文件中提取要素場的步驟。這個參數(shù)允許用戶控制ungrib程序所生成的過渡文件的路徑和文件名。下面將給出這種方法在應(yīng)用上的一個模板。North American Regional Reanalysis (NARR)北美區(qū)域再分析資料集被分為了三部分，分別是三維的大氣數(shù)據(jù)，地面數(shù)據(jù)和常值場數(shù)據(jù)，如果用戶想使用這種數(shù)據(jù)，可以通過腳本 link_grib.csh把3-D GRIB數(shù)據(jù)進行鏈接，然后再鏈接NARR Vtable到文件Vtable（具體方法見ungrib程序一節(jié)），然后在運行ungrib之前通過設(shè)置&ungrib記錄里的prefix使得產(chǎn)生的過渡文件有一個合適的前綴，模板如下：&ungribMetprefix = NARR_3D,/運行完ungrib.exe后，將會出現(xiàn)如下的文件（附帶正確的日期）:NARR_3D:2008-08-16_15MNARR_3D:2008-08-16_18考慮到過渡文件是一個三維場的數(shù)據(jù)，因此當處理地面數(shù)據(jù)時可以另外改一個prefix與之對應(yīng):out_format = WPS,/ prefix = NARR_SFC,/再一次運行ungrib.exe，會另外出現(xiàn)如下的數(shù)據(jù)文件:氣象,NARR_SFC:2008-08-16_12NARR_SFC:2008-08-16_15NARR_SFC:2008-08-16_18.最后，當處理常值數(shù)據(jù)時，同樣要給出合適的prefix:out_format = WPS,prefix = NARR_FIXED,/第三次運行ungrib.exe后，會得到如下數(shù)據(jù)文件:NARR_FIXED:1979-11-08_007 2 9 A5 Q2 # y為了清楚起見，常值數(shù)據(jù)最好省掉日期信息。如，因為數(shù)據(jù)是靜態(tài)的，所以可以把上面提到的文件名改為NARR_FIXED。在這個例子中，NARR常值數(shù)據(jù) 僅僅在一個特定的時次1979年11月08日00時00分（UTC）可以使用，因此，當運行ungrib程序之前，用戶應(yīng)該設(shè)置好&share 記錄中的起止日期；當然，在運行metgrid程序之前，這個日期還需再次被調(diào)整?？紤]到NARR數(shù)據(jù)集有三個過渡文件，因此在運行metgrid.exe之前需要設(shè)置好&metgrid記錄里的相關(guān)參數(shù)constants_name和fg_name，模板如下：&metgrid3 D3 v# Y9 h* N. 4 f6 E0 constants_name = NARR_FIXED,4/盡管可能性很小，但是還是會發(fā)生的一種情況是，當一個來自區(qū)域模式的氣象源數(shù)據(jù)不足以覆蓋整個模擬區(qū)域時，則多個源數(shù)據(jù)將被使用，并且那些來著一個更大的區(qū)域 模式或全球模式的數(shù)據(jù)將被插值到剩下的模擬網(wǎng)格上。例如，為了能在有可能的區(qū)域上應(yīng)用NAM的數(shù)據(jù)，剩下的區(qū)域應(yīng)用GFS的數(shù)據(jù)，需要設(shè)置 namelist中的如下參數(shù)：&metgridfg_name = /data/ungribbed/GFS, /data/ungribbed/NAM/則插值后的結(jié)果如下圖：如果要素場不會在其它源數(shù)據(jù)文件中出現(xiàn)，那就不會有優(yōu)先級一說，則metgrid進行的插值就會像正常情況下一樣，每個源數(shù)據(jù)都要覆蓋整個模擬區(qū)域以免有的區(qū)域沒有數(shù)據(jù)。WPS中并行如 果WPS中設(shè)置的模擬區(qū)域的維數(shù)過于龐大以至于單CPU無法勝任，則用分布式存儲器的方式來運行g(shù)eogrid和metgrid程序是一個解決辦法。為了 能把geogrid和metgrid程序以分布式存儲器的類型編譯，用戶必須在機器上安裝MPI庫，及在編譯時選中選項“DM parallel”。當編譯成功后，geogrid和metgrid程序就可以在mpirun和mpiexec的命令，或通過批隊列系統(tǒng)下運行了，具體的 運行方式則是根據(jù)機器的不同而定。正如之前提到的，ungrib程序是不能用并行運行的，而且ungrib程序?qū)τ趦?nèi)存的需求是獨立于geogrid和 metgrid程序之外的；因此，無論編譯時是否選擇“DM parallel”選項，ungrib總是會在單處理器下編譯且在單CPU下運行。每 個標準的WRF I/O API 格式 (NetCDF, GRIB1, binary)都有一個相應(yīng)的并行格式，但這需要在設(shè)置參數(shù)io_form（即io_form_geogrid和io_form_metgrid）時在原 有的值的基礎(chǔ)上加100來實現(xiàn)。當并行被使用時，每個CPU都會對其讀/寫的輸入/輸出的文件進行分割，這些文件的名字與在串行時的一樣，只是多了一個4 位數(shù)的處理器ID來代表處理器的名字。例如，當用4個處理器來運行g(shù)eogrid（io_form_geogrid=102）時，單粗糙區(qū)域（最外圍區(qū)） 就可以生成四個輸出文件，分別是geo_em.d01.nc.0000, geo_em.d01.nc.0001, geo_em.d01.nc.0002和geo_em.d01.nc.0003。在并行的過程中，模式區(qū)域會被分成若干矩形區(qū)域，每個處理器會分派一個單 獨的子區(qū)域，當讀/寫到WRF I/O API格式時，每個處理器也都只會讀/寫它自己的那塊子區(qū)域。因此，如果geogrid程序使用并行，則metgrid運行時所使用的處理器個數(shù)要與 geogrid時的一樣。同樣的，如果metgrid使用并行運行時，則real.exe也需要用相同的處理器個數(shù)來運行。當然，在用多個處理器運行時， 還是可以用一個標準的輸入輸出格式的，此時，模式區(qū)域的所有數(shù)據(jù)都會被分配/收集到輸入/輸出中。最后，當用多個處理器運行g(shù)eogrid或者 metgrid時，每個處理器都會寫一個獨立的log文件（類似工作日記的文件），這些log文件的名字會附上4位數(shù)的處理器ID，以此作為I/O API文件。檢查WPS的輸出當運行WPS時，檢查它們的輸出是有幫助的。例如，當決定了嵌套的位置后，檢查下被插值的靜態(tài)地理數(shù)據(jù)和經(jīng)緯度場是有益的；另一個例子，當向WPS輸入新的源數(shù)據(jù)時無論是靜態(tài)數(shù)據(jù)還是氣象要素場檢查插值后的結(jié)果對通過geogrid和metgrid調(diào)整插值的方法也是有好處的。由于使用NetCDF格式作為geogrid和metgrid的輸入輸出格式，使得一些列可以讀NetCDF數(shù)據(jù)的可視化工具都可以用來檢查那些被geogrid處理和 metgrid水平插值的氣象要素場的區(qū)域文件?？梢酝ㄟ^設(shè)定參數(shù)io_form_geogrid和io_form_metgrid為2來讓 geogrid和metgrid的結(jié)果以NetCDF格式輸出（2是這兩個參數(shù)的默認設(shè)置）：io_form_geogrid = 2,/io_form_metgrid = 2,% ?/在這些可用的工具中，ncdump，ncview和新的RIP4程序是比較好的。Ncdump是一個具有NetCDF庫的可以把NetCDF數(shù)據(jù)的變量及屬性顯示出來的簡潔程序。在檢查geogrid生成的區(qū)域文件中的區(qū)域參數(shù)（如東西、南北向維數(shù)，或區(qū)域中心點），或展示一個文件中各要素場時都是有幫助的。而ncview則提供了一個看NetCDF文件中各要素場的互動式的方法。如果用戶想生成可以用在刊物上發(fā)表的各要素的圖片，那新版的RIP4則是有 用的。新版RIP4不僅可以畫水平等值線、地圖背景，還可以在同一幅圖上還可以疊加很多要素場。從ungrib程序中輸出的文件是以簡單的二進制格式 （WPS, SI, 或 MM5）寫成的，所以大部分用于看NetCDF文件的軟件都無法使用了。盡管如此，一個以NCAR Graphics為基礎(chǔ)的應(yīng)用軟件plotfmt（包含在WPS內(nèi)核中）可以解決這個問題。這個應(yīng)用程序制作出的要素場的等值線可以通過一個多媒體軟件 來查看。如果NCAR Graphics庫被正常安裝了，則當編譯WPS時，plotfmt會和其它一些應(yīng)用程序一起被自動編譯。0 k& Q) x# & , DS, oWPS應(yīng)用程序處理WPS的三個主要程序geogrid，ungrib和metgridWPS還有很多其它的應(yīng)用程序會被編譯，并放在util目錄下。這些程序可以被用來檢查數(shù)據(jù)文件，看模擬區(qū)域的位置，計算氣壓場及計算平均的地表溫度場。- x% F, t4 Z l1 J, Y: k# A avg_tsfc.exe程序是用來計算日平均地表溫度的，這些數(shù)據(jù)來自于過渡格式文件，而它們的日期則是通過namelist.wps中的“share”記錄中的相關(guān)參數(shù)定的， 并且同樣考慮到了文件之間的時間間隔，在計算平均值時，avg_tsfc.exe以nam