使用WRF软件进行气象模拟计算_弹性高性能计算(E-HPC)-阿里云帮助中心

本文介绍如何使用E-HPC集群运行WRF软件进行气象模拟计算。

背景信息

WRF（Weather Research and Forecasting model）是一款采用先进中尺度数值模式的开源气象模拟软件，广泛应用于气象行业。它不仅支持广泛的大气过程研究和模拟，包括历史数据再现和未来天气预报，而且能够在多种计算平台上运行。更多信息，请参见WRF官网。

本文以2019年感恩节前的美国冬季风暴事件为例，使用WRF模型进行了12公里空间分辨率的模拟。分析和研究了降水、温度、风速等关键气象要素，并展示了它们在特定12小时时间段内的变化和分布。

准备工作

选择以下任一方式创建一个E-HPC集群。

通过集群模板创建。具体操作，请参见模板创建。
重要
若您选择通过集群模板创建集群，则您需要在计算节点与队列页面修改节点配置后再完成创建。
通过手动创建集群。具体操作，请参见创建标准版集群。

本文使用的集群配置示例如下：

配置项	配置
系列	标准版
部署模式	公共云集群
集群类型	SLURM
节点配置	包含1个管理节点、1个登录节点和4个计算节点，规格如下：管理节点：采用ecs.c8ae.xlarge实例规格，该规格配置为4 vCPU，8 GiB内存。登录节点：采用ecs.c8ae.xlarge实例规格，该规格配置为4 vCPU，8 GiB内存。计算节点：采用ecs.c8ae.16xlarge实例规格，该规格配置为64 vCPU、128 GiB内存。计算节点间使用eRDMA网络互联。
集群镜像ID	Alibaba Cloud Linux 2.1903 LTS 64位

创建集群用户。具体操作，请参见用户管理。
集群用户用于登录集群，进行编译软件、提交作业等操作，本文创建的用户示例如下：
- 用户名：testuser
- 用户组：sudo权限组
（条件必选）如果您是手动创建集群，则您需要安装wrf-aocc软件；否则，请跳过此步骤。具体操作，请参见安装和卸载集群软件。
说明
安装wrf-aocc软件至集群后，将自动触发安装所有其他必需的依赖软件。

步骤一：环境验证和配置

登录E-HPC Portal。具体操作，请参见登录E-HPC Portal。
在E-HPC Portal页面，单击页面右上角图标，通过Workbench远程连接集群。
执行以下命令，查看软件是否安装成功，以确保系统成功加载特定版本的环境。
```
module avail
```
系统返回信息如下所示：

配置conus12km算例。

执行以下命令，下载并解压算例文件。

cd ~
wget https://ehpc-perf.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/yt710/WRFV4/input-data/v4.4_bench_conus12km.tar.gz

tar -zxvf v4.4_bench_conus12km.tar.gz
cd v4.4_bench_conus12km
ln -s /opt/ehpc_common_softwares/nwp/wrf-aocc/4.4.2/aliyun/2/x86_64/run/* .

执行以下命令，下载并解压NCL编程语言。

cd ~
wget https://ehpc-perf.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/AMD-Genoa/WRFV4/ncl_draw.tar.gz
tar -zxvf ncl_draw.tar.gz

执行以下命令，修改~/.bashrc文件。

vim ~/.bashrc

新增内容如下：

module load aocc/4.0.0   aocl/4.0.1   gcc/12.3.0   hdf5/1.10.5   libfabric/1.16.0   mpich-aocc/4.0.3   netcdf/4.8.0   szip/2.0.0   wrf-aocc/4.4.2   zlib/1.2.13

export NCARG_ROOT=~/ncl

export PATH=$NCARG_ROOT/bin:$PATH

在四个计算节点上统一执行以下命令，安装NCL和ImageMagick。
说明
您可以通过控制台快速发送命令执行。具体操作，请参见发送命令。
```
sudo yum install -y ncl ImageMagick
```

执行以下命令，创建文件名为png2gif.sh的作业执行文件。

cd ~
vim png2gif.sh

单击查看脚本示例：

#!/bin/sh

echo date
echo "------------get wrfout_d01 file-------------"
ls -al wrfout_d01* | awk '{print $9}'
echo "----------start change png tp gif-----------"


out_gif=''
for i in "$@"; do
  case $i in
    -out)
      shift
      out_gif=$1 
      break 
      ;;
    *)
      echo "Other parameter: $i"
      ;;
  esac
done
WRFPath=`pwd`
for file in `ls -al wrfout_d01* | awk '{print $9}'`; do
        export FILE_PATH="/$WRFPath/$file"
        echo "-----------$FILE_PATH-----------"
        ncl surface.ncl
done
echo "----------surface.ncl file-----------"
ls -al wrfout_d01*.png | awk '{print $9}'

echo "----------convert delay start-----------"
if [ -n "$out_gif" ]; then
  convert -delay 50 wrfout_d01_2019-11-26*.000001.png "$out_gif"
else
  convert -delay 50 wrfout_d01_2019-11-26*.000001.png wrfout_d01_2019-11-26.000001.gif
fi

步骤二：提交作业

在完成环境验证和配置后，请关闭Workbench对话框以继续下述步骤。

在顶部导航栏，选择任务管理。
在页面上方，单击submitter。

在创建作业页面，填写以下作业信息。

说明

请注意以下配置，未提及的配置请保持默认。

基本参数

参数	示例	说明
作业名称	wrf-conus12	作业的名称。如果需要自动下载解压作业文件，解压目录也将以作业名称进行命名。
输出文件	变量名：out 变量值：test.gif	作业的输出文件。
作业队列	comp	运行作业的队列。如果计算节点已加入到指定队列中，则必须将作业提交到对应的队列，否则作业会执行失败；如果计算节点没有加入队列，则默认将作业提交到调度器所在的默认队列中。
执行命令	在线编辑	向调度器提交的作业执行命令，可以是脚本文件，也可以是一段命令文本。您可以通过以下三种方式提交：在线编辑本地文件上传文件
计算节点数	4	用来运行此作业的计算节点数。
任务数	4	每个计算节点运行此作业使用的任务数，即进程数。
线程数	2	每个任务所使用的线程数，为空时线程数为1。

单击查看执行命令示例：

#!/bin/bash

ln -s ~/v4.4_bench_conus12km/* .
ln -s ~/ncl/* .
ln -s ~/png2gif.sh .

rm -rf rsl.error.????
rm -rf rsl.out.????

rm -rf wrfout*

ulimit -s unlimited
ulimit -l unlimited

export WRF_NUM_TILES=16
export OMP_NUM_THREADS=$SLURM_CPUS_PER_TASK
export OMP_STACKSIZE="16M"


# mpi + omp
mpirun   -genv FI_PROVIDER="verbs;ofi_rxm" -bind-to core:2 ./wrf.exe

source png2gif.sh -out 'test.gif'