WRF模擬結果的轉接

背景

CAMx可以使用wrf、mm5、rams等多種氣象動力模式的結果。此處介紹WRF結果檔案的轉接(後2者皆已自官網下架，mm5camx在backup目錄下還有一個v5.1的備份，官網目前只有wrfcamx版本)。
wrfcamx程式與mm5camx有很高的相似性，差異最大的部分就是wrf_out是nc檔，需要連結netCDF程式庫，和其他CAMx前處理程式的執行方式也很相似，是以一個C shell腳本控制輸入內容，將wrf_out留在腳本的最後段。
wrfcamx和CMAQ系統的mcip異同條列如下

比較CAMx和CMAQ系統的氣象前處理程式

項目	CAMx	CMAQ	說明
主程式版本	6+	5+
前處理程式	wrfcamx	mcip^*
目前最新版本	4.8/5.2	5
垂直層合併	可	不可	CMAQ垂直網格設定需與WRF完全相同
降雨量	不累積	累積	批次時間如不相符，需重新計算累積雨量
水平邊界內縮	>1層	>1層
網格數	3N+2	不限	CAMx上下層格數要求較為嚴格。N為上層網格在下層之格數
自粗網格內插細網格功能	有	無	mcip必須每層都有wrfout模擬結果

^*: [2022-08-30-fcst.cs#mcip之執行]

wrfout跨批次整合

由於CAMx及wrfcamx並沒有累積之氣象變數，因此可以順利進行跨批次wrfout的整合，只要在正確處理跨批次重複的日期。
跨批次重複日期，以下一批次之起始日優先使用。
以下列批次檔、在YYYY/wrfout目錄下連結同月份run1~run20(如果存在)等各批次結果：

kuang@114-32-164-198 /Users/WRF4.1
$ more WRFv4.1.3/ln_wrfout.cs
DOM=`grep max_dom ../namelist.input.loop |awkk 3|cut -d',' -f1`
for i in {1..20};do
  if [ -e ../run$i ];then
    d=1
    while [ $d -le $DOM ];do
      for f in $(ls ../run$i/wrfout_d0$d*|tail -n5|head -n4);do
        if [ -e $f ]; then ln -f $f . ;fi
      done
      d=$(( $d + 1 ))
    done
  fi
done

程式下載編譯

因應CAMx輸入檔格式的進版，wrfcamx版本也有所對應，如下表所示：

wrfcamx版本與下載點

CAMx版本	重要改變	wrfcam版本及下載點
v6.3-v7+	改成統一的[uamiv][uamiv]格式	wrfcamx_v4.8.1.14Dec20.tgz
v7+	nc格式	wrfcamx_v5.2.10Jan22.tgz

編譯

使用Makefile
- 3種編譯器可供選擇

FC = pgf90
FLGS = -O2 -Mnoframe -Mextend -Bstatic_pgi

###FC = ifort
###FLGS = -O2 -align dcommons -extend_source -ipo -static_intel

###FC = gfortran
###FLGS = -O2 -fno-align-commons -frecord-marker=4 -ffixed-line-length-0

連結netCDF程式庫與內含文件

LIBS  = -L/usr/local/netcdf/lib
INC   = -I/usr/local/netcdf/include

執行腳本

程式本身並沒有設定平行化或多工處理的方式。
作業方式為按月分目錄處理，不同月份不會重疊，可以同步進行。

執行選項

(都包括在標準輸入、無額外環境變數)

輸入變數內容

變數	內容	範例	說明
Run note		Sample WRFCAMx run
CAMx nested grid	是否為次網格	F	自從4.8+以後，wrfcamx可以從粗網格進行內插，不必每層都執行WRF。CAMx本身也可以只提供粗網格氣象不必每一層都提供，會在程式內自行內插。這使得CAMx執行多個細網格分析，有其方便性。
Diagnostic fields	產出診斷場	T
Seaice adjustment	海冰調整	F	也可不必指定
KV Method	KV方法	CMAQ	對夜間惰性物質的垂直擴散模擬結果有很大的影響，選項有： CMAQ、YSU(不能用USGS、NLCD、IGBP等3種土地使用)、MYJ (Mellor-Yamada-Janjic，WRF必須使用TKE之行星邊界層選項)
Minimum Kv	最低Kv值	0.1	單位為m²/s
Projection	投影方式	LAMBERT	與CAMx.in一致
Subgrid Convection	次網格對流	DIAG
Subgrid Stratiform	次網格成層	T
Start/end date	起迄日期時間	$START $FIN	包含CAMx.in範圍
WRF output freq	輸出頻率(分鐘)	60
Grid time zone	時區(分日線前後)	-8	與CAMx.in一致
CAMx grid size	網格間距	$GridS	與CAMx.in一致
CAMx Grid spacing	間距Km	$DxDy
CAMx orig & params	原點Km	$OrigP
Layer mapping	垂直層數對照	1,2,3,4,5,6,7,8,9, 11,13,16,19,27,40	可合倂
CAMx LU file	土地使用結果檔名	$OUTNM.lu.nc
CAMx 3D file	3D變數結果檔名	$OUTNM.3d.nc
CAMx 2D file	2D變數結果檔名	$OUTNM.2d.nc
CAMx Kv file	Kv結果檔名	$OUTNM.kv.nc
Input snow age	是否輸入雪齡
Initial snow age	初始雪齡	36
Output snow age	輸出雪齡
WRF filename	wrfout路徑檔名	$PATH /wrfout_d0$DOMYR-10-31_00:00:00	檔案日期時間不可缺少或重疊

新舊版本差異

因同時存在新版(wrfcamx5.2)與舊版(wrfcamx4.8)2個版本，二者輸入變數的差異比較如下：

項次	項目	4.8	5.2	說明
1	結果檔案格式	[uamiv][uamiv]	nc	雖然nc檔也能符合ioapi協定，然而與mcip結果還是有很大差異，不能直接用在CMAQ
2	Run note	無	有	以此辨識新舊版本
3	是否為次網格	無	有	如只提供粗網格氣象CAMx內會進行內插
4	是否開啟海冰調整	需指定	不需指定	新版如不進行海冰調整，其後有關雪齡的變數留空白即可。
5	雲量檔	獨立	併入3d檔	新版不必再指定cr檔名

腳本內容

讀取所在目錄($PWD)中的年月訊息
用date指令來計算起迄日期
使用環境變數陣列取代if…set一一指定
WRFOUT為一漸增的陣列
每層網格執行
- 因所有環境變數都轉成std input讀入程式內，其他IO檔案也不會重疊，可以將程式放在背景執行，以節省時間。

#kuang@master /nas1/WRF4.1/WRFv4.3
#$ cat wrfcamx.job
#!/bin/csh

set YRMO = `echo $PWD|cut -d'/' -f6|cut -c3-`
set PATH = $PWD
set OUT  = $PWD

#yymmddhh(UTC+8)
set START = `date -d "${YRMO}01 -1 day"   +"%y%m%d"`20
set FIN   = `date -d "${YRMO}01 +1 month" +"%y%m%d"`23
set GridS = ("59,59,15" "65,65,15" "47,65,15" "83,137,15" "83,164,15")
set DxDy  = ("81.,81." "27.,27." "9.,9." "3.,3." "1.,1.")
set OrigP = ("-2389.5, -2389.5, 120.99, 23.61, 10., 40." \
        "-877.5, -877.5, 120.99, 23.61, 10., 40." \
        "-211.500, -292.500, 120.99, 23.61, 10., 40." \
        "-124.500, -205.500, 120.99, 23.61, 10., 40." \
        "-95.500, -176.500, 120.99, 23.61, 10., 40.")

foreach DOM ( 1 2 3 4 )
set OUTNM = $OUT"/"${YRMO}'d'$DOM

set i = 1
set WRFOUT =
foreach fl ( $PWD/wrfout_d0${DOM}* )
   set WRFOUT = ( $WRFOUT $fl )
   @ i++
end
# max num=47
while ( $i < 48 )
set WRFOUT = ( $WRFOUT $fl )
@ i++
end
#cat   << ieof
/cluster/src/CAMx/wrfcamx/wrfcamx_v4.8.1/src/wrfcamx << ieof &
Diagnostic fields  |T
Seaice adjustment  |F
KV Method          |CMAQ
Minimum Kv         |0.1
Projection         |LAMBERT
Subgrid Convection |DIAG
Subgrid Stratiform |T
Start/end date     |$START $FIN
WRF output freq    |60
Grid time zone     |-8
CAMx grid size     |$GridS[$DOM]
CAMx Grid spacing  |$DxDy[$DOM]
CAMx orig & params |$OrigP[$DOM]
Layer mapping      |1,2,3,4,5,6,7,8,9,11,13,16,19,27,40
CAMx LU file       |$OUTNM.lu
CAMx 3D file       |$OUTNM.3d
CAMx 2D file       |$OUTNM.2d
CAMx Kv file       |$OUTNM.kv
CAMx Cld/rain file |$OUTNM.cr
Input snow age     |
Initial snow age   |36
Output snow age    |
WRF filename       |${WRFOUT[1]}
WRF filename       |${WRFOUT[2]}
WRF filename       |${WRFOUT[3]}
...
WRF filename       |${WRFOUT[47]}
ieof

end

執行成果檢查

不論是[uamiv][uamiv]格式或者是nc格式，都可以用VERDI來檢視

Reference

akuox(2009), linux date 指令用法@ 老人最愛碎碎念:: 隨意窩Xuite日誌, Xuite, 2009-04-06
NeutronStar(2013), C Shell Array Declaration Syntax, () vs {}, Unix & Linux, asked Jun 27, 2013 at 20:02