ISC/AERMOD程式下載、編譯、與執行、作業環境

Table of contents

ISC/AERMOD程式下載、編譯、與執行、作業環境

背景

ISC3模式

ISC3 目前為我國環保署認可的煙流模式之一，其程式可以由USEAP Air Quality Dispersion Modeling - Alternative Models下載取得。
ISC3 已經不會有任何官方的更新計畫。
有關ISC3的介紹(與下架)可以參考環保署高斯類擴散模式的簡要描述

AERMOD 模式

AERMOD 也是我國認可使用模式範圍，其程式碼與PC版本執行檔可由USEPA preferred-and-recommended-models取得。該網站將不時更新版本(似以4月為界)，目前版本為04-22-2022。

編譯挑戰

由於個人電腦在記憶體、多工作業、繪圖系統、遠端作業等面向限制頗多，移到Mac或Linux系統似為一較佳選項。
除了個人電腦平台之外的作業系統，USEPA並不直接提供執行檔，需由使用者自行編譯。
ISC3程式碼較為老舊，編譯無太大困難。AERMOD系統程式應用較多新的Fortran語法，且因新的編譯軟體對Fortran的嚴格程式有加嚴的趨勢，因此造成編譯上的挑戰。

wget下載注意事項

需加註選項--no-check-certificate，避免無法通過資格確認

Linux Solutions

isc3

ISCST3內設是LF90或LF95程式進行編譯，其他編譯程式則需針對部分程式碼進行修改。
由於沒有較新編譯器選項可供參考，此處按照aermod之選項進行編譯

gfortran

以gfortran而言，並沒有CARRIAGECONTROL跳行指令。gfortran的文字檔IO自動會有CARRIAGECONTROL，因此將此設定去掉，並不會影響結果。

CLF90 The CARRIAGECONTROL specifier in the following statement is a
CLF90 non-standard Lahey language extension (also supported by DEC VF),
CLF90 and may need to be removed for portability of the code.
      OPEN (UNIT=IOUNIT,FILE=OUTFIL,CARRIAGECONTROL='FORTRAN',
     &      ERR=99,STATUS='UNKNOWN')

GETCOM(由命令列獲取引數)
- 該副程式有2種Fortran版本，Lahey及DEC Visual Fortran(DVF)，沒有近年來較常見的ifort或gfortran
選擇較接近的DVF。在gfortran(ifort亦然)，與DVF的比較如下表

項目	DEC Visual Fortran(DVF)	gfortran
引數個數	NARGS()	iARGc()
獲取引數	CALL GETARG(IARG,OUTFIL,ISTAT)	CALL GETARG(IARG,OUTFIL)

更正後的GETCOM

      SUBROUTINE GETCOM (MODEL,LENGTH,INPFIL,OUTFIL)
      IMPLICIT NONE

      INTEGER LENGTH
      CHARACTER (LEN=LENGTH) :: INPFIL, OUTFIL
      CHARACTER (LEN=8)      :: MODEL
CDVF!DEC$ IF DEFINED (DVF)
CDVFC     Declare 2-Byte Integer for Field Number of Command Line Argument
      INTEGER*2 IARG, IFCNT, ISTAT
CDVF!DEC$ IF DEFINED (DVF)
CDVFC************************************************************DVF START
CDVFC     Use Microsoft/DEC Functions NARGS and GETARG To Retrieve
CDVFC     Contents of Command Line
      IFCNT = iARGc()
CDVFC     IFCNT Is The Number Of Arguments on Command Line Including Program
      IF (IFCNT .NE. 2) THEN
CDVFC        Error on Command Line.  Write Error Message and STOP
         WRITE(*,660) MODEL
         STOP
      ELSE
CDVFC        Retrieve First Argument as Input File Name
         IARG = 1
         CALL GETARG(IARG,INPFIL)
CDVFC        Retrieve Second Argument as Output File Name
         IARG = 2
         CALL GETARG(IARG,OUTFIL)
      END IF
CDVFC************************************************************DVF STOP
CDVF

CDVF!DEC$ ENDIF

  660 FORMAT (' COMMAND LINE ERROR: ',A8,' input_file output_file')

      RETURN
      END

編譯批次檔gfortranISCS.BAT
- 程式間的編譯順序是有意義的。
- 因程式會連結到.mod檔案，需先針對.mod進行編譯，產生mod檔後方便後面副程式的編譯。

COMPILE_FLAGS=' -fbounds-check -Wuninitialized -O2 -static'
LINK_FLAGS=' -static -O2'
for f in \
 MODULES ISCST3 SETUP COSET SOSET RESET MESET\
 TGSET OUSET INPSUM METEXT CALC1 CALC2 PRISE\
 SIGMAS DEPFLUX PITAREA OUTPUT EVSET EVCALC EVOUTPUT;do
    gfortran -c $COMPILE_FLAGS $f.FOR
done
gfortran -o iscst3.exe $LINK_FLAGS *.o

ifort

由於ifort與gfortran對前述程式碼修改完全一樣，僅編譯(選項)方式有些不同。
編譯選項參考aermod的ifort批次檔

COMPILE_FLAGS=' -O2 -check format -ipo -prec-div -axSSE2 -traceback -diag-disable=8291'
LINK_FLAGS='-O2 -check format -ipo -prec-div -axSSE2'
for f in \
 MODULES ISCST3 SETUP COSET SOSET RESET MESET\
 TGSET OUSET INPSUM METEXT CALC1 CALC2 PRISE\
 SIGMAS DEPFLUX PITAREA OUTPUT EVSET EVCALC EVOUTPUT;do
    ifort -c $COMPILE_FLAGS $f.FOR
done
ifort -o iscst3.exe $LINK_FLAGS *.o

aermod

gfortran

USEPA提供pc版本的編譯批次檔

$ head gfortran-aermod.bat
rem @echo off
setlocal
set COMPILE_FLAGS= -fbounds-check -Wuninitialized -O2 -static
set LINK_FLAGS= -static -O2

gfortran -c %COMPILE_FLAGS% modules.f
...
gfortran -o aermod.exe %LINK_FLAGS% MODULES.o GRSM.o AERMOD.o SETUP.o COSET.o SOSET.o RESET.o MESET.o OUSET.o INPSUM.o METEXT.o IBLVAL.o SIGGRID.o TEMPGRID.o WINDGRID.o CALC1.o CALC2.o PRISE.o PRIME.o SIGMAS.o PITAREA.o UNINAM.o OUTPUT.o EVSET.o EVCALC.o EVOUTPUT.o RLINE.o BLINE.o

del *.o
del *.mod

由於gfortran的選項在不同平台有很高的一致性，只需將DOS環境變數習慣改成linux即可

COMPILE_FLAGS=' -fbounds-check -Wuninitialized -O2 -static'
LINK_FLAGS=' -static -O2'
gfortran -c $COMPILE_FLAGS modules.f
...
gfortran -o aermod.exe $LINK_FLAGS *.o

ifort

參考USEPA提供的編譯批次檔(intel-aermod.bat^*)內容，以及ifort編譯選項

選項	意義	pc_bat^*	linux	MacOS
O2	最佳化	/O2	-O2	(same)
check	編譯時檢核特定項目	/check:format	-check format	(same)
ipo	啟動檔案之間的程序間最佳化(interprocedural optimization between files)	/Qipo	-ipo	(same)
prec	增進除法浮點運算的精度	/Qprec-div-	-prec-div	(same)
ax	如有執行上的優勢ifort將會產生多項、特殊項目程式碼的自動修補的功能	/QaxSSE2(舊) /QaxcodeSSE2	-axcodeSSE2	(無)
traceback	開啟執行失敗之回溯	/trace(舊) /traceback	-traceback	(same)
diag	關閉編號8291錯誤之診斷	/Qdiag-disable:8291	-diag-disable=8291	(same)

原pc版本編譯批次檔intel-aermod.bat

$ head intel-aermod.bat
@REM                                                                    + + +
@echo off

setlocal

set COMPILE_FLAGS=/O2 /check:format /Qipo /Qprec-div- /QaxSSE2 /trace  /Qdiag-disable:8291
set LINK_FLAGS=/O2 /Qipo /check:format /Qprec-div- /QaxSSE2

ifort /compile_only %COMPILE_FLAGS% modules.f
...
ifort /exe:aermod.exe %LINK_FLAGS% MODULES.obj GRSM.obj AERMOD.obj SETUP.obj COSET.obj SOSET.obj RESET.obj MESET.obj OUSET.obj INPSUM.obj METEXT.obj IBLVAL.obj SIGGRID.obj TEMPGRID.obj WINDGRID.obj CALC1.obj CALC2.obj PRISE.obj PRIME.obj SIGMAS.obj PITAREA.obj UNINAM.obj OUTPUT.obj EVSET.obj EVCALC.obj EVOUTPUT.obj RLINE.obj bline.obj

del *.obj
del *.mod

對應在linux則為

COMPILE_FLAGS='-O2 -check format -ipo -prec-div -axSSE2 -traceback -diag-disable=8291'
LINK_FLAGS='-O2 -check format -ipo -prec-div -axSSE2'
for f in modules grsm aermod setup coset soset reset meset ouset\
 inpsum metext iblval siggrid tempgrid windgrid calc1 calc2 prise\
 prime sigmas pitarea uninam output evset evcalc evoutput rline\
 bline;do
  ifort -c $COMPILE_FLAGS $f.f
done
ifort -o aermod.exe $LINK_FLAGS *.o

rm *.o
rm *.mod

MacOS Solutions

Mac的特性就是系統的更新速度很快，對Fortran程式碼檢查也較為嚴苛
目前MacOS上只有gfortran經驗。可以參考mmif的編譯

isc3編譯

-fbounds-check：會太嚴格，編譯會失敗，予以取消不執行。
無法static link，會找不到crt0.o
針對CARRIAGECONTROL問題，需設定-fdec
-std=legacy有助呼叫副程式引數的格式確認

kuang@114-32-164-198 /Users/1.PlumeModels/ISC/short_term/src
$ cat cpl.sh
COMPILE_FLAGS=' -Wuninitialized -O2 -fdec -std=legacy -Wmaybe-uninitialized'
LINK_FLAGS=' -O2'
for f in \
 MODULES ISCST3 SETUP COSET SOSET RESET MESET\
 TGSET OUSET INPSUM METEXT CALC1 CALC2 PRISE\
 SIGMAS DEPFLUX PITAREA OUTPUT EVSET EVCALC EVOUTPUT;do
    gfortran -c $COMPILE_FLAGS $f.FOR
done
gfortran -o iscst3.exe $LINK_FLAGS *.o

aermod編譯

使用前述ISC3的編譯設定，針對aermod各程式進行編譯

COMPILE_FLAGS=' -Wuninitialized -O2 -fdec -std=legacy -Wmaybe-uninitialized'
LINK_FLAGS=' -O2'
for f in modules grsm aermod setup coset soset reset meset ouset\
 inpsum metext iblval siggrid tempgrid windgrid calc1 calc2 prise\
 prime sigmas pitarea uninam output evset evcalc evoutput rline\
 bline;do
    gfortran -c $COMPILE_FLAGS $f.FOR
done
gfortran -o iscst3.exe $LINK_FLAGS *.o

Reference

白曛綾教授、交通大學開放式課程空氣品質影響之預測
- youtube
- pdf