[WRF-Chem学习笔记①]排放预处理模块的安装与使用

气象场和化学物质排放是大气化学模式的两项最重要的前驱资料。在实验之余，我将着力学习WRF-Chem的有关内容，并记录、发布。

按照WRF-Chem Tutorial中的说明，在Learning to Run WRF-Chem之前，我先学习How to Generate Emission for WRF-Chem

本文记录Exercise 1的实现过程，可供有兴趣的同学参考。

运行WRF和WRF-Chem的一个重要区别: 排放源清单的输入。__Exercise 1__将会介绍建立WRF-Chem可读取的源清单文件的最基本方法(转置现有全球清单)，其核心工具为__PREP_CHEM_SOURCES__。

安装过程

HDF5安装

该程序的顺利运行需要依赖HDF5, NetCDF, zlib等标准库。之前在安装WRF-Chem时已经安装了NetCDF和zlib，这里只列出HDF5和szip的安装步骤。

#1. szip安装
wget http://www.hdfgroup.org/ftp/lib-external/szip/2.1/src/szip-2.1.tar.gz
tar -xvzf szip-2.1.tar.gz
cd szip-2.1
./configure --prefix=/The_path/you/want/to/install/
make & make check & make install
#2. HDF5安装
wget http://www.hdfgroup.org/ftp/HDF5/current/bin/linux-centos7-x86_64-gcc485/hdf5-1.8.17-linux-centos7-x86_64-gcc485-shared.tar.gz
#解压并进入文件夹
./configure --prefix=/disk2/hyf/lib/hdf5 --enable-fortran \
 --with-szlib=/szip/install/path\
 --with-zlib=/zlib/install/path  ## 此处注意与后文prep_chem_source的编译器应对应上，否则lib中的文件无法编译成功
make & make check & make install

排放预处理程序安装

下载并解压后，进入/bin/build文件夹，修改与编译器对应的配置文件，如我将采用gfortran编译器编译，则vim include.mk.gfortran, 修改其中的NETCDF与HDF5库对应位置，按以下命令进行编译:

`make OPT=gfortran CHEM=RADM_WRF_FIM`

其中OPT=对应编译器类别(i.e, intel, pgi,gfortran, …)，CHEM=对应特定化学机理，此处选择__RADM__机理。这将决定WRF-Chem读取源清单文件的化学物质分类格式。

值得注意的是，按上述操作，将在编译__edgar_emission.f90__过程出错，WRF论坛中也有用户提交了同样的报错，幸有大神回复并解决，解决方法是调整某些行的字符串的长度，可参考该网页进行修改。

修改完成后，再次编译，若出现Finished building === ../prep_chem_sources_RADM_WRF_FIM_.exe，说明编译成功!
ヽ(✿ﾟ▽ﾟ)ノ

PS: 安装完成后，编辑~/.bashrc

# 添加以下几行
export HDF5="$DIR/hdf5" # $DIR为所有库存放位置
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:$HDF5/lib
export NETCDF="$DIR/netcdf"
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:$NETCDF/lib

案例

排放预处理程序安装

按照Exercise 1中的input文件，替换prep_chem_src\bin文件夹下原有的input文件，并按照自己的global_emission文件夹修改读取原始排放数据的路径。

运行$./prep_chem_sources_RADM_WRF_FIM_.exe

运行成功后，会出现五个输出文件，其中有三个后缀名为.bin的文件，分别为:

WRF-TUTORIAL-T-2010-07-14-000000-g1-ab.bin ##  人为源排放清单
WRF-TUTORIAL-T-2010-07-14-000000-g1-bb.bin ##  生物质燃烧清单
WRF-TUTORIAL-T-2010-07-14-000000-g1-gocartBG.bin ## GOCART的全球背景化学场资料

将prep_chem_src\bin文件夹中三个.bin后缀的输出文件移动到WRF-Chem文件夹中, 此处我在WRFV3\test\文件夹内新建em_ex1文件夹，内容复制同目录下的em_real。

运行./convert_emiss.exe

按照论坛上大家的观点，目前WRF-Chem 3.4版本以上会报错，参考1参考2。

若运行成功，则会生成三个排放源文件，其中

(1) __wrfchemi_d01__文件对应设计模拟区域内各类污染物的排放清单结果,包括CO, NH3, PM10, PM2.5及各类有机物(按照RACM机理分类)。
(2) __wrffirechemi_d01__文件对应生物质燃烧排放情况.
(3)__wrfchemi_gocart_bg_d01__文件对应二甲基硫(DMS), NO3, OH, H2O2的背景浓度分布。DMS单位为nM/L,其他物种单位为体积混合比(volume mixing ratio)。

依据上述的步骤

原始全球清单 → 模拟区域排放二进制文件 → WRF-Chem可读取的nc格式排放源文件
完成了排放源资料的制作

初始场与边界场文件的生成

此处链接同模拟区域、时间的met_em.xxx文件(由WPS模型完成)链接，运行./real.exe, 生成初始场和边界场文件,内部包括了化学物质和气象资料信息。

输出文件生成

运行./wrf.exe，生成wrfout文件。下图为PM2.5的分布情形，可以看出如阿尔卑斯山、安纳陀利亚高原等高海拔地区浓度相对低。

附图: 参考曼彻斯特大学教程，绘制WRF-Chem运行流程如下:

此处需要运行./real.exe两次，目前我还没有弄明白。

参考资料

convert_emiss.exe