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ndown

Table of contents

背景

  • 除了雙向巢狀網格的模擬方式，wrf.exe當然也可以接受循序、單向之巢狀網格模擬，亦即將上層母網格結果，作為下層子網格的初始即邊界條件，所使用的讀取程式，即為ndown.exe。
  • 適合單向巢狀網格模擬方式的條件狀況
    • 次網格範圍較小、獨立、不會造成上次網格明顯的差異
    • 開啟FDDA，模擬不會與觀測有太大的偏差
    • 雙向巢狀網格太過耗費計算資源，無法進行
    • 需要時間間距較密的wrfbdy檔案
  • 中文筆記可以參考博客園
  • 注意事項
    1. coarse-to-fine grid ratio is only restricted to be an integer. An integer less than or equal to 5 is recommended
    2. 一次只能讀一層的wrfout，產生下一層domain所需的IC/BC

namelist.input 修改重點

  • 執行雙向巢狀網格的real.exe、上層單層的wrf.exe之後。將namelist.input進行備份、修改。
  • &time_control下
    1. interval_seconds = 21600 → 3600。這個值是邊界檔的時間間距，原來最外層的邊界檔只有每6小時1筆(配合FNL)。如果沒有FDDA則是按照wrfout的結果：每小時1筆。
    2. 新增io_form_auxinput2 = 2
  • &domains
    • max_dom=1 → 2。執行2層網格，上層為剛剛結束wrf.exe的母網格、下層為則需要wrfbdy的子網格
    • e_we、e_sn、dx、dy、(不動)保持母、子網格的設定與執行real.exe)時一樣
    • time_step = 240 → 80 。時間步階適度調整(保持dt/dx<6)，以方便子網格wrf之執行。

當real.exe同時run了超過2層

  • ndown.exe一次只能執行一層，只能將上層移轉第下層，namelist.input只能接受d01及d02，不能接受d03、d04…
  • 因此原本的namelist.input必須修改只留存2層，如果要ndown.exe第三層到第四層，必須將第三層命名為d01，第四層即為d02
  • 注意除了網格起始點位置、網格點數之外，也要修改網格間距、time_step等。

執行

檔案目錄之安排

  • 由於每層網格分別執行，檔案名稱將會重疊，為區別其意義，需要另建目錄以資識別。
  • 根目錄：
    • 維持以時間、WRF版本等資訊為主。如/nas1/WRF4.0/WRFv4.2/202208
    • 執行所有網格系統之real.exe
    • 不執行wrf.exe，以避免混淆
  • 各網格目錄
    • 以domain name識別。如CWBWRF_45k/、SECN_9k/、TWEPA_3k/
    • 在各網格目錄連結正確的起始與邊界檔執行單層real.exe、wrf.exe、產生新的namelist.input、執行ndown.exe
    • 更換下一層網格目錄疊代執行。

執行步驟

  • 準備wrfndi_d02：Rename(mv) the wrfinput_d02 file to wrfndi_d02
    • wrfinput_d02必須是執行real.exe所產生下一層子網格的初始條件。(不能是單層real的wrfinput_d01)
    • 會另外產生一個新的wrfinput_d02，如在同一目錄、原檔會被覆蓋，因此不能用連結。如果原wrfinput_d02(real結果)仍要保留，需另外備份。
  • 將母網格wrfout檔案，連結成wrfout_d01檔案(時間標籤必須保持一樣)
  • 執行ndown.exe
    • 將產生wrfinput_d02 and wrfbdy_d02 file.
    • 將wrfinput_d02重新命名為wrfinput_d01（準備執行子網格wrf.exe)
      • 將wrfbdy_d02命名為wrfbdy_d01
      • ndown.exe之後要執行子網格的wrf，也要修改namelist.input。(~.nest4only)注意其他檔案順序，如wrffdda_d04與wrfsfdda_d04等，也必須改成d01
  • 執行子網格wrf.exe

ndown執行腳本範例

  • 這個範例是在東南中國(SECN_9k)與台灣本島(TWEPA_3k)之間使用ndown，將前者的逐時模擬結果作為後者的邊界條件。
  • 個案時間長度為10天
    • nests3：3個網格系統雙向模擬，每一天會需要電腦時間68分鐘，10天會需要10小時(不可行)。
    • SECN_9k：系東亞及東南中國2層雙向網格(tw_CWBWRF_45k)模擬結果的第2層
    • 3者之met_em在$gfs目錄中完成
  • 腳本見於ndown.cs,分段說明如下

real之執行

  • 參與執行ndown的2層網格，必須先執行雙層的real
    • 使用特殊的模板(namelist.input23_loop)
    • 置換起訖時間
    • 使用met_em檔案也必須置換網格編號
    • 此處的real版本為mpich版本
i=2
cd $gfs/${DOM[$i]}/ndown
cp namelist.input23_loop namelist.input
  for cmd in "s/SYEA/$yea1/g" "s/SMON/$mon1/g" "s/SDAY/$day1/g" \
             "s/EYEA/$yea2/g" "s/EMON/$mon2/g" "s/EDAY/$day2/g" ;do
    sed -i $cmd namelist.input
  done
for hd in metoa_em wrf;do if compgen -G "${hd}*" > /dev/null; then rm -f ${hd}*;fi;done
for d in 2 3;do
  dd=$(( $d - 1 ))
  for id in {0..10};do
    for j in $(ls ../../met_em.d0${d}.${dates[$id]}_*);do
      k=${j/d0${d}/d0${dd}}
      l=${k/..\/..\//}
      m=${l/met_/metoa_};ln -s $j $m;done;done;done
LD_LIBRARY_PATH=/nas1/WRF4.0/WRFv4.3/WRFV4/LIBRARIES/lib:/opt/intel_f/compilers_and_libraries_2020.0.166/linux/compiler/lib/intel64_lin:/opt/mpich/mpich-3.4.2-icc/lib /opt/mpich/mpich-3.4.2-icc/bin/mpirun ${MPI[$i]} /nas1/WRF4.0/WRFv4.3/WRFV4/main/real.exe >& /dev/null
  • 注意：
    1. 使用compgen判斷符合特定規則的檔案是否存在，如果有任何符合條件的檔案，將會被刪除。
    2. met_em必須先行準備好

wrfndi_d02與wrfout之連結

  • 前者為real的結果，更名為wrfndi_d02。(原本的wrfinput_d02會被覆蓋)
  • 後者為tw_CWBWRF_45k的第2層模擬結果。此處更名為第1層，為ndown的輸入檔案。
mv wrfinput_d02 wrfndi_d02

for id in {0..10};do ln -sf $gfs/${DOM[3]}/wrfout_d02_${dates[$id]}_00:00:00 wrfout_d01_${dates[$id]}_00:00:00;done

置換namelist中的時間間距

  • 邊界檔(逐時)和FDDA檔(逐3小時)不同，似乎不構成問題
  • 逐時值邊界檔顯然對模擬會有較顯著的控制
sed -i 's/interval_seconds                    = 10800/interval_seconds                    = 3600/g' namelist.input

執行ndown

#ndown.exe is intel version
LD_LIBRARY_PATH=/nas1/WRF4.0/WRFv4.3/WRFV4/LIBRARIES/lib:/opt/intel_f/compilers_and_libraries_2020.0.166/linux/compiler/lib/intel64_lin:/opt/intel_f/compilers_and_libraries_2020.0.166/linux/mpi/intel64/lib:/opt/intel_f/compilers_and_libraries_2020.0.166/linux/mpi/intel64/lib/release:/opt/intel/compilers_and_libraries_2020.0.166/linux/mpi/intel64/libfabric/lib /opt/intel_f/compilers_and_libraries_2020.0.166/linux/mpi/intel64/bin/mpirun -np 10 /nas1/WRF4.0/WRFv4.3/WRFV4/main/ndown.exe >& /dev/null

ndown結果應用

  • 取代TWEPA_3k範圍的real
  • 更新namelist.input後即可執行單層的wrf模擬
## restore the real and ndown results
cd $gfs/${DOM[$i]}
for f in wrfinput wrfbdy wrffdda wrflowinp;do
  mv ndown/${f}_d02 ${f}_d01
done

電腦時間檢討

  • tw_CWBWRF_45k雙向： ~ 10min computer time/day simulation
  • TWEPA_3k單層：~ 9min computer time/day simulation
  • 合計：19 min/day « 68 min/day

ndown and OBS_domain 的比較

  • 初期和三天後模擬結果都還算蠻接近的
  • ndown結果的規則性與系統性較高，OBSdomain在局部則較為紛亂，
  • avrgvsobss-k結果
    • ndown 62.4%,OBSdomain73.0%
    • 主要因為風速高估比較嚴重。可能原因:
      1. 缺乏domain外作用力的牽制，sfdda比fdda更差，OBS_DOMAIN又較sfdda更差，d4only又更差，
      2. 調整機制是否有錯!可否直接用EPAst之obs_domain
  • Attainment Comparison
CaseOverall AttainmentOB_TMPGE_TMPOB_WSGE_WSOB_WDGE_WD
obs_domain73.0%  46.6%   89.7%   34.5%   81.0%  89.7%  96.6%
ndown62.4%    48.3%    89.7% 13.8%  46.6%    79.3%    96.6%
  • only nest 4 所需時間(2013/10/08~10共72hr)
    • Oct  6 21:23 namelist.output
    • Oct  8 10:13 wrfout_d01_2013-10-08_00_00_00
  • 原4層雙向共37hr50min
  • 約2:1。可見約一半的時間在d4的計算

Reference

  • chinagod, WRF学习之 ch5 WRF模式（三）运行WRF（d, e）：（双向嵌套，单向嵌套）, 博客园posted @ 2020-05-04 23:39