使用WRF软件进行气象模拟计算

本文以WRF软件为例介绍如何在E-HPC上进行高性能计算。

背景信息

WRF(Weather Research and Forecasting)采用新一代中尺度天气预报模式,是气象行业广泛应用的开源气象模拟软件。它为研究大气过程提供了大量选项,并可以在多种计算平台运行。更多信息,请参见WRF官网WRF

步骤一:创建集群和用户

  1. 登录弹性高性能计算控制台

  2. 创建一个名为wrf-test的E-HPC集群。

    具体操作,请参见创建集群。请注意以下配置参数:

    • 调度器:选择slurm

    • 其他软件:安装wrf-mpich 3.8.1、wrf-openmpi 3.8.1、mpich 3.2、openmpi 1.10.7软件。

    • VNC:打开VNC开关,打开后可以自动部署远程可视化窗口。

      wrf-test
  3. 创建一个名为wrftest的sudo用户。

    具体操作,请参见创建用户

步骤二:运行geogrid.exe

geogrid.exe用于确定模拟区域,并把静态地形数据插值到网格点。运行geogrid.exe前,做好以下准备:

  • 已在登录节点安装NCL软件。具体安装步骤,请参见NCL官网

  • 已准备好namelist.wps文件。详细的namelist.wps文件参数及说明,请参见namelist.wps

说明

本示例中,namelist.wps放置在/home/wrftest/WPS目录下。

  1. 集群页面,找到wrf-test集群,单击远程连接

  2. 远程连接页面,输入集群用户名wrftest、登录密码和节点端口,单击ssh连接

  3. 查看集群是否已安装WRF的相关软件。

    export MODULEPATH=/opt/ehpcmodulefiles/
    module avail
  4. 加载WRF软件环境。

    module load wrf-mpich/3.8.1 mpich/3.2
    echo $WPSHOME $WRFHOME
  5. 将安装的WPS(WRF Preprocessing System)和WRF软件拷贝到工作目录。

    cp -r $WPSHOME $WPSCOPYHOME
    cp -r $WRFHOME $WRFCOPYHOME
    说明

    请将$WPSCOPYHOME和$WRFCOPYHOME修改为实际的工作目录,如本示例中的/home/wrftest/WPS。

  6. 下载并解压地表数据。

    说明

    本示例中地表数据使用geog_complete.tar.gz,您也可以根据需要,下载其他地表数据。更多信息,请参见WRF官网

    cd /home/wrftest/WPS
    wget https://www2.mmm.ucar.edu/wrf/src/wps_files/geog_complete.tar.gz
    
    tar -zxvf geog_complete.tar.gz
    
    
  7. 链接到GEOGRID.TBL文件。

    GEOGRID.TBL文件定义了geogrid.exe需要插值到网格点上的各静态地理数据集参数。

    ln -s geogrid/GEOGRID.TBL GEOGRID.TBL
  8. 将静态地形数据插值到网格点。

    ./geogrid.exe

    运行geogrid.exe成功后,会在WPS目录下生成geo_em.d0N.nc地形文件,返回结果如下所示:

    georgid

步骤三:运行ungrib.exe

ungrib.exe用于从GRIB格式的气象数据中提取所需要的气象要素场。

  1. 下载并解压Katrina气象数据。

    说明

    本示例中气象数据为Katrina.tar.gz,请下载Katrina.tar.gz。您也可以根据需要,下载其他气象数据,更多信息,请参见气象数据

    wget http://www2.mmm.ucar.edu/wrf/TUTORIAL_DATA/Katrina.tar.gz
    tar -zxvf Katrina.tar.gz
  2. 将气象数据文件链接到WPS目录下。

    ./link_grib.csh /home/wrftest/wrfdata/Katrina/avn
  3. 选择气象数据相应的Vtable。

    本示例使用的Vtable为Vtable.GFS,您可以根据需要,使用其他的Vtable。

    ln -sf ungrib/Variable_Tables/Vtable.GFS Vtable
  4. 提取所需要的气象要素场。

    ./ungrib.exe

    运行ungrib.exe成功后,会在WPS目录下生成FILE:YYYY-MM-DD_hh*文件,返回结果如下所示:

    ungrib

步骤四:运行metgrid.exe

metgrid.exe用于将ungrib.exe提取出的气象场数据水平插值到由geogrid.exe确定的网格点上。

  1. 链接到GEOGRID.TBL文件。

    GEOGRID.TBL文件定义了metgrid.exe如何将气象数据水平插值到网格点上。

    ln -s metgrid/METGRID.TBL.ARW METGRID.TBL
  2. 将气象场数据水平插值到由geogrid确定的网格点上。

    ./metgrid.exe

    运行metgrid.exe成功后,会在WPS目录下生成met_em.d0N.yyyy-mm-dd_hh:mm:ss.nc文件,返回结果如下所示:

    metgrid

步骤五:运行wrf.exe

wrf.exe用于输出天气预测数据。运行wrf.exe前,请先定义好namelist.input文件。namelist.input中&time_control、&domains部分的相关参数需要与namelist.wps文件中参数保持一致。详细的namelist.input文件参数及说明,请参见namelist.input

说明

本示例中,namelist.input放置在/home/wrftest/WRFV3/run目录下。

  1. 进入WRFV3软件目录。