wrfchem

WRFCHEM介绍WRF介绍WRF（theWeatherResearchandForcasting)模式是新一代中尺度数值模拟和资料同化系统，它具有多个动力核心、一个三维变分（3DVAR）数据同化系统、和一个考虑并行计算和系统扩展的软件架构，可用于从多米到数千公里尺度范围的应用或研究。模式分为ARW(theAdvancedResearchWRF)和NMM(theNonhydrostaticMesoscaleMode)两种，即研究用和业务用两种形式，而我们用的是前者ARWWRF。WRF模式系统更具有可移植，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介绍WRF模式为完全可压缩以及非精力模式，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节或者四阶的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依据。此外，WRF模式还具有多重嵌套和方便定位于不同地理位置的能力。WRF-Chem介绍大气化学模式WRFCHEM的化学CHEM模块和气象模式WRF的所有传输过程是完全在线耦合的：气象模块和化学模块使用相同的垂直和水平坐标，次网格传输使用相同的物理参数化方案，并且没有时间的插值。当前的WRFCHEM模式不仅具有WRF模式的完整功能，可用于预测模拟包含温度场、风场、云雨过程等物理量的天气或气候；还能耦合天气预报/扩散模型来模拟排放和传输的成分，耦合天气/扩散/包含完整化学物中的空气质量模型来模拟O3、紫外辐射及PM颗粒物等物质的相互作用等。其中耦合的物理化学过程包含化学物质的传输（transport）、沉降（deposition）、排放（emission）、化学转化（chemicaltransformation）、气溶胶相互作用（interactions）、光解（photolysis）和辐射（radiation）。（GrellGA,AE，2005）WRF运行预备知识WRF的运行是基于Linux系统的，这就要求使用者具备基本的Linux操作知识，一下是一些常用的Linux命令：打开终端，可以输入命令，如：cddirectory进入指定路径的工作目录cd..退到上一层目录ls显示目录下所有子目录与文件(包括隐藏文件)Vifile_name浏览和编辑文件tar–xvffile_name.tar解压文件（对于.tar文件）./configure连接./compile编译./install安装WRF运行预备知识WRF模式系统是采用Fortran90、Fortran77及c++编译语言进行编译与测试的，所以，运行WRF必须先安装编译软件，目前运用的编译软件主要有PGI和INTEL。另外，WRF运行时所使用的输入输出文件多为NetCDF文件，因此还需要安装Netcdf软件WRF安装在安装WRF时，一定要按顺序安装，即WRF-WPS-ARwpost安装程序为先解压，设置，编译。（具体安装过程可以看网上教程）Tips：一定要按照你选的编译器来选相应的安装，否则可能出现安装不成功，或安装成功后续出错的问题。WRF流程选定模拟区域模拟时需要选定你自己的模拟区域，并且将相关信息放入namelist中，包括&sharewrf_core='ARW',max_dom=2,(最大嵌套数，2层)start_date='2006-08-16_12:00:00','2006-08-16_12:00:00',end_date='2006-08-16_18:00:00','2006-08-16_18:00:00',interval_seconds=21600(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。)io_form_geogrid=2,/&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）s_we=1,1,选定模拟区域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=‘/home/user/cuit/geot‘(放置地表面静态数据路径)/选定模拟区域可以使用WRFDomainWizard软件来帮助划区域选择Lambert投影选择大致的母网格区域更新选择Lambert投影的基准纬度更新后修改参数选择嵌套新建domain2鼠标点击domain2框，可以调整模拟区域位置修改参数：子网格与母网格格局比等参数WRFCHEM前处理过程WRF前处理系统（WPS）是一个由三个程序组成的模块，这三个程序的作用是为真实数据模拟准备输入场。三个程序的各自用途为：geogrid确定模式区域并把静态地形数据插值到格点；ungrib从GRIB格式的数据中提取气象要素场；metgird则是把提取出的气象要素场水平插值到由geogrid确定的网格点上。把气象要素场垂直方向插值到WRFeta层则是WRF模块中的real程序的工作。而CHEM部分则需要在初始化之前加入格点化的排放数据，包括dust排放，生物质燃烧，人为排放，火山灰排放等资料。WRF运行资料FNL资料为NCEP提供的全球分析资料(FinalOperationalGlobalAnalysis)，资料编码采用世界气象组织推荐的二进制格点形式加工数据，该资料包含了地表26个标准等压层(1000-10hPa)、地表边界层(部分为R层)和对流层顶的要素信息。当前的FNL资料至少收集了过去6h的观测资料,每天4次(世界时0、6、12、18时)做一个全球性的数据分析。该资料是由T254L64谱模式获取的高分辨率资料,同化了地面观测、无线电探空、探空气球、飞机及卫星观测资料。（邓伟,NCEPFNL全球分析资料的解码及其图形显示.2009）排放清单大气污染物排放清单指各种排放源在一定时间跨度和空间区域内向大气排放的大气污染物的量的集合。准确、更新及时、高分辨率排放清单是识别污染来源、支撑模式模拟、分析解释观测结果和制定减排控制方案的重要基础，无论对于大气化学与气候相互作用、大气复合污染来源识别等科学问题探究，还是对于污染物总量减排、空气质量达标等环境管理问题来说，都是极为关键的核心支撑。现有的主要排放清单：INTEX_BMeicINTEX_BINTEXB(IntercontinentalChemicalTransportExperiment-PhaseB)(Zhangetal．，2009)计划，该清单以2006年为基准，分辨率0.5°，水平插值到Lambert网格上。Meic该排放源数据是包含在清华大学开发和维护的中国多尺度排放清单模型(Multi-resolutionEmissionInventoryforChina，简称MEIC)中，涵盖10种主要大气污染物和温室气体（SO2、NOx、CO、NMVOC、NH3、CO2、PM2.5、PM10、BC和OC）和700多种人为排放源；集成了最新的动态排放清单方法和本地化的排放因子数据库；与空气质量模型无缝链接，提供可供模型直接使用的多层嵌套高时空分辨率排放清单。该清单使用的为2010年的排放源数据，包括分省排放量和网格化排放数据。排放数据包括电力、工业、民用、交通和农业等五个部门，空间分辨率的逐月网格化排放清单，并可按SAPRC99、SAPRC07、CB05、CBIV和RADM2等五种化学机制输出WRF方案做好之前的模拟准备后，就可以开始选择模拟方案了&physicsmp_physics=3,3,3,设置微物理过程方案，默认值为0。ra_lw_physics=1,1,1,此选项指定长波辐射方案，默认值为0。ra_sw_physics=1,1,1,此选项指定短波辐射方案，默认值为0。sf_sfclay_physics=1,1,1,此选项指定近地面层(surface-layer)方案，默认值为0。sf_surface_physics=1,1,1,此选项指定陆面过程方案，默认值为0。bl_pbl_physics=1,1,1,此选项指定边界层方案，默认值为0cu_physics=1,1,0,此选项指定积云参数化方案，默认值为0。气相化学(Gas-phasechemistry)气相化学机制是区域空气污染模型中一个重要的组成部分，气相化学转化率，以及排放、传输和沉降决定了气体的种类。对流层中活性有机物、硫酸、氮氧化物及臭氧的排放及酸沉降与区域空气污染的关系多由气相化学机制影响。同时气相化学也决定了液相化学的种类，及反应速度。WRFCHEM提供了4种气相化学机制，分别是RADM2(RegionalAcidDepositionModelversion2)、RACM(RegionalAtmosphericChemistryMechanism)、RACMNOAA/ESRLversion、CBMZ(Carbon-BondMechanismversionZ)光化学方案Madronich方案：耦合了水凝物、气溶胶和对流参数化方案，是一个密集计算的选择，已经测试了很多设置了。Fast-J方案：耦合了水凝物、气溶胶和对流参数化方案F-TUV方案：该方案也是来源于SashaMadronich，但其计算时间较Madronich方案耗费更少。气溶胶参数化(ParameterizationofAerosol)气溶胶的参数化方案主要包括气溶胶的尺度普分布(Sizedistributions)、二次气溶胶生成(FormationofSecondaryAerosol)、气溶胶化学(AerosolChemistry)及气溶胶与辐射相互反应(Interactionwithatmosphericradiation)。在最新的WRFChem3.6种包含了5种气溶胶方案：TheModalAerosolDynamicsModelforEurope-MADE/SORGAMTheModalAerosolDynamicsModelforEuropewiththeVolitityBasisSetaerosols–MADE/VBSTheModalAerosolModule(MAM)3or7binschemescloselycoupledtotheCAM5physicsTh