MOZART模式結果之讀取及應用

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前言
- MOZART結果之解析度
MOZART模擬結果之下載(deprecated)
MOZART2CAMx
Reference

前言

MOZART模式全名為臭氧及相關化學成分模式(Model for OZone and Related chemical Tracers)。
MOZART模式為NCAR、NOAA轄下 Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL)與德國漢堡大學 Max Planck Institute for Meteorology (MPI-Met)多年來合作發展應用的全球3維大氣化學成分模式，除了應用在對流層之外，平流層及中氣層範圍亦涵括在內。
- 氣象場部分，MOZART可以接受包括NWS的NCEP (National Centers for Environmental Prediction)、歐洲的ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)、NASA GMAO(Global Modeling and Assimilation Office ) 的GCM等模式輸出。
- 其空品模擬結果多年來也用在WRF-CHEM、CMAQ、CAMx等模式的邊界與初始條件。
MOZART數值產品過去也經常應用在地區模擬之邊界與初始條件，詳如下述(歷史)。
MOZART程式版本目前為第4版，已無繼續更新的計畫。原本對外提供執行結果的服務也在2022年3月正式停止，目前提供全球作業化模式模擬結果的模式是CAM-chem(2001~2020再分析)及WACCM(近實時再分析及預報)。

MOZART結果之解析度

MOZART 的水平空間解析度視不同機器平台略有差異，一般而言介於2.5~2.8度之間，
高度為Non_Hydrostatic SIGMA-P座標從最底層(1000HPa到模式頂層0) 有57層，
檔案儲存的時間解析度則為6小時。(UTC0/6/12/18)
化學機制方面
- 標準的MOZART-4有85個氣態污染物，12個氣膠成分，39條光化反應以及157條氣態反應，
- 碳鍵機制採lump法，VOCs包括3個烯烴與烷烴類物質，以及4個碳以上與芳香烴類物質(BIGALK, BIGENE及TOLUENE)。

MOZART模擬結果之下載(deprecated)

MOZART針對空氣品質模式使用者設有提供資料之下載網站(http://www.acom.ucar.edu/wrf-chem/mozart.shtml) ，給定內容： ](https://raw.githubusercontent.com/sinotec2/Focus-on-Air-Quality/main/assets/images/mozart_download.png)

基本資料。用做通訊用。
模擬範圍大致的座標如下列ncdump內容
- 南北-2~47度、東西80~160度，
- 須涵蓋氣象檔東亞d1範圍)，每個檔案「必須」有相同的範圍，以便進行檔案的合併
指定之年月日(每日以0600UTC開始以隔日0000UTC結束，共4筆，間隔6小時)，即會將下載連結寄到指定電子郵件地址，另行以wget或其他方式下載檔案。

日數擷取策略

5個檔案方案，每個檔案約為10日：
- 前月最後10~11天、本月3個檔、下個月1~10日。
- 檔案沒有重疊，ncrcat可以自由搭配
- 因為MOZART結果檔案儲存是以當天0600UTC當啟始，以隔天0000UTZ為結束，與一般定義有別，因此在整併全月資料時，此方案會出現缺漏。
3個檔案方案，每個檔案的日期較前述前後略為增加一些，以使跨月計算可以順利進行。如
- 2016123106~2017011100(前一年的最後一天6:00開始~1/10結束在1/11/0:00)，存檔名稱file1: 2016_12_31 ~ 2017_01_10
- 2017011106~2017012100，存檔名稱file2: 2017_01_11 ~ 2017_01_20
- 2017012106~2017020200(下個月第一天)，存檔名稱file3: 2017_01_21 ~ 2017_02_01
注意：
- 選單順序：因為日的選單比較難選(有31日)，建議按照file1(每一月)→file2(每一月) →file3進行(每一月)，以加快速度。
- file1要注意大、小月、注意潤年檔案會重疊，只能針對同一月份進行ncrcat
- 這樣做法雖然前後檔案會大一些，日期也不具規律性，但在後續處理時3個檔案合併總是比較小，可以減省讀取的時間。

下載全年數據

Submit之後，等待系統寄來下載網址，約<1~2小時之久。雖然網址只在48小時內有效，此一期間已足夠下載全年數據。
網址內容之萃取
- 全選系統寄來信件之內容、貼在工作站系統成為一文字檔(如EMAIL.TXT)
- 使用GREP指令：grep http EMAIL.TXT >http.txt
- wget指令。範例如下：

  for i in $(cat http.txt);do 
  wget -q $i
  done

由於下載網站提供的檔名數字，是隨機產生，不建議一一複製貼上、同步下載時將容易錯漏。

nc檔案更名

其檔案為netCDF格式，東亞範圍1天(6小時解析度)檔案大小約57M(2017年後更新模擬項目增加為65M)。
資料內容的確認方式：

$ ncdump mozart4geos5-20160217200203502764.nc|more
netcdf mozart4geos5-20160217200203502764 
{dimensions:        time = UNLIMITED ; // (44 currently)
        lev = 56 ;
        lat = 26 ;
        lon = 33 ;
        nchar = 80 ;
        ilev = 57 ;
        …
        history="Wed Feb 17 20:02:03 2016: ncks -d lat,-2.0,47.0 -d lon,80.0,160.0 /var/www/html/acd/wrf-chem/archive/mozart4geos5_20121231.nc /var/www/html/acd/wrf-chem/temp/20160217200203502764-20121231.nc" ;
        :NCO = "4.0.5" ;

注意：檔案的維度必須完全一樣，才能進行檔案的合併ncrcat
1. 由於檔名為下載檔案的時間序列資訊，並沒有檔案內容時間資訊，這些資訊會寫在檔頭(history)裏，可以用下列指令將其讀出並以起始時間命名之：
- 按照history內容更名方式

for i in $(ls moz*.nc);do 
nc=`ncdump $i|head -n 500|grep history|awkk 9|cut -d'-' -f3`
mv $i $nc
done

按照date內容更名方式

for i in $(ls *3?.nc);do 
nc=`ncdump -v date $i|tail|grep date|awkk 7|cut -c-8`
mv $i $nc.nc
done

按照ncks指令內容更名方式

for nc in $(ls *nc);do 
i=$(ncdump -h $nc|grep ncks|cut -d'/' -f10|cut -d '.' -f11|cut -c -10)
mv $nc $i.nc
done

MOZART2CAMx

雖然NCAR不再繼續發展Mozart模式，然而其檔案格式仍然是全球大氣成分模式所採用，也因此Ramboll公司也會持續維護MOZART2CAMx程式，目前是6apr22版本。
未來是否更新，還需持續關注其官網公告內容。

應用情形

MOZART2CAMx(與其前處理程式ncf2ioapi)應用在下列情況

程式下載

下載點：官網

程式內容架構

下載包裏包括了
1. mozart2camx程式：主要進行水平網格切割、垂直網格對應、物質名稱之對應。ncf2ioapi則為其前處理程式，分別針對類似程式的大氣成分輸出檔案
2. ncf2ioapi_am3：NOAA AM3模式
3. ncf2ioapi_mozart：NCAR mozart模式
4. ncf2ioapi_waccm：NCAR WACCM模式

編譯

前處理程式
- 選取正確版本
- 準備netCDF及ioapi程式庫
- 開啟SMP平行運算
- 詳ncf2ioapi的編譯
主程式編譯
- 連結正確版本的物質對照表到G2Lconv.EXT
- 檔名規則G2Lconv_MECH_PART_from_MODEL_%D%b%y.EXT
  - MECH反應機制，包括：CB05/CB6/CB6r2/CB6r4
  - PART粒狀物計算方法：CF/AE5/AE6
  - MODEL大氣模式：GEOS5/NCEP/AM3/WACCM
  - 時間：日(2碼)、月(jan~dec)、年(2碼)
- Makefile修改
  - compiler設定
  - 連結程式庫與包括檔：需完全與前處理一致

...
F90 = ifort
...
LIBS =    -L/cluster/bld/ioapi3.1/Linux2_x86_64ifort -lioapi \
          -L/cluster/netcdf/lib -lnetcdf -lnetcdff \
         $(OMPLIBS) $(ARCHLIB) $(ARCHLIBS)
INCLUDE = -I/cluster/bld/ioapi3.1/ioapi \
          -I/cluster/netcdf/include

Reference

wiki, MOZART (model), wikipedia,last edited on 6 May 2021
Ramboll, mozart2camx, 6apr22, 4/6/2022
acom.ucar, Mozart Download, ucar.edu, 2013-08-30.