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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Intelx86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LinusTorvalds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代替Minix 是由一位名叫AndrewTannebaum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 如同我们使用WindowsNT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 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 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 RedHat4 0什么是RedHatLinux 来自北卡罗的程序小组 RedHatSoftware 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RedHatLinux问世以来 LinuxandRedHatSoftware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 RedHatLinux可以在三个领先的计算机平台上运行 Intel兼容PCs DigitalAlpha计算机 andSunSPARC 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cd命令cdtony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mkdirsource创建source子目录删除目录的rmdir命令rmdirsource删除source目录解压缩tar命令tarzxvflinux86 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 vifile name浏览和编辑文件 geditfile name编辑文件 configure连接 compile编译 install安装 2 WRFv2 2模式介绍 WRF WeatherResearchandForecastingModel 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 theAdvancedResearchWRF 和NMM theNonhydrostaticMesoscaleModel 两种 即研究用和业务用两种形式 本文介绍的是ARWWRF 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ArakawaC 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 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 MM5WRF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3rdorderRunge Kutta平流计算2ndordercentered5thorderupwind或6thordercentered平滑抑制4阶平滑不需要典型时间步长3xDx6xDx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 User sGuideforAdvancedResearchWRF ARW ModelingSystemVersion2 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 tarzxvflinux86 64 tarcd cdusr 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ActivePerl 5 8cdActivePerl 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tarzxvfnetcdf 3 6 1 tar zip解压cd usr local netcdf src configuremakemakeallmakeinstall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 cdINSTALL INSTALL 在提示中回答如下 n2enterenter31enter4enter5y00 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 cdWRFV2 2 configure 有提示的话答2 geditconfigure wrf geditconfigure 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 compileem real 第八步编译WPStarzxvfWPSV2 2 TAR gz解压cdWPS 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 geogrid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generalinputfiles 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 55km 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 sharewrf 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 wpsgeditnamelist wps geogridparent 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feedback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 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 path wrf WPS WPS GEOG 放置地表面静态数据路径 xdim uri lli ratio to parent 1ydim 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 Successfulcompletionofgeogrid 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 wps后 执行 geogrid exe 生成静态数据 如运行成功 则会出现 Successfulcompletionofgeogrid 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ncep1 1 每隔6小时分析资料gfs1998041000 gfs1998041400 使用命令ln sf wei WPS ungrib Variable Tables Vtable GFSVtable link grib csh home data ungrib exe 如运行成功 则会提示 Successfulcompletionofungrib 并生成FILE 1998 04 10 00FILE 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 Successfulcompletionofmetgrid 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realcase 执行cd wei WRFV2 rungeditnamelist input time controlrun 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 00 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 io form boundary 2 指定模式边界条件数据的格式 1二进制格式2NetCDF格式4PHD5格式5GRIB1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 domainstime 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 physicsmp 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1Kessler方案 暖雨方案 2Linetal方案 水汽 雨 雪 云水 冰 冰雹 3WSM3类简单冰方案4WSM5类方案5Ferrier newEta 微物理方案 水汽 云水 6WSM6类冰雹方案8Thompsonetal方案98NCEP3类简冰方案 水汽 云 冰和雨 雪 99NCEP5类方案 水汽 雨 雪 云水和冰 ra lw physics 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3Cam方案99GFDL 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1Dudhia方案Goddard短波方案Cam方案99GFDL 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 sfclay 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1Monin Obukhov方案Monin Obukhov Janjic 方案NCEPGlobalForecastsystem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2Noah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00不采用边界层方案1YSU方案2Mellor Yamada JanjicTKE 湍流动能 方案3NCEPGlobalForecastSystem方案99MRF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 newEta 方案2Betts Miller Janjic方案3Grell Devenyi集合方案4SimplifiedArakawa 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 但如果是用Kain Frits