典型应用: 全球气候模拟 ================ 模式介绍 ---------------- 全球-区域一体化预测系统（Global-to-Regional Integrated forecast SysTem；GRIST）是近年来国内模式开发团队独立设计、自主研发的新一代非结构化网格天气-气候一体化模式系统。传统意义上，数值天气预报（numerical weather prediction；NWP）在时间上只需积分数天至数十天，而气候模拟往往需要积分数年乃至数十年以上；除此之外，气候模拟在分辨率、物理-动力耦合等过程上也都有别于NWP。而就GRIST系统而言，天气模式与气候模式共享统一的模式框架和动力内核，可以最大限度地使用同一个模式配置来满足大多数天气、气候预测业务的需求。 目前，GRIST包含2套物理参数化方案包，其分别是中至云尺度天气物理包（PhysW；可用于天气-气候预测）与传统气候物理包（PhysC；可用于长期气候预测与气候变化）。本模块将基于这两套物理包，分别介绍如何运行具有真实下垫面的完整大气AMIP（Atmospheric Model Intercomparison Project）类气候试验（GRIST_AMIPW与GRIST_AMIPC），同时给出模式编译和运行的相关事项。供GRIST气候模式的初级使用者参考。 代码版本：GRIST-A23.6.26 本模块所使用的数据均可从以下链接获取：https://pan.baidu.com/share/init?surl=immJxWVfIwxZwXTqi2i2nw&pwd=xbhi :: 本文档中的大部分示例代码会在这样的灰色方框中列出。 示例代码中使用相对于根目录的文件路径引用源代码树中的文件，例如使用${GRIST_HOME}来代表GRIST的主目录。 编译和运行GRIST_AMIPW模式 ---------------------------------- 编译GRIST_lib库 >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> 首先进入grist_lib库的编译目录： :: $ cd ${GRIST_HOME}/src/grist_lib/bld 然后修改Makefile文件中的编译选项：修改 FC、 CC 和 CXX选项来指定 Fortran、 C 和 CXX的编译器(对于 Intel2018版本编译器，示例配置为: FC = mpiifort，CC = mpiicc，CXX = mpiicpc)。然后修改 METIS_LIB 指定 METIS lib 目录。 以上步骤完成后，输入： :: $ make lib 等待编译完成。 编译GRIST_AMIPW主程序 >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> 用户需根据计算机运行环境在编译目录中修改Makefile文件中NETCDF、PNETCDF、LAPACK和METIS _ LIB路径，修改后执行make.sh命令完成编译。默认编译选项为：mpiifort -O1 -DRRTMG_V381 -DSPIO -DUSE_HALO -DUSE_LEAP_YEAR -convert big_endian -r8 -DAMIPW_PHYSICS -DAMIPW_CLIMATE -DUSE_NOAHMP -DCDATE :: #进入编译目录 $ cd ${GRIST_HOME}/bld/build_amipw #设置编译选项，修改Makefile中NETCDF、PNETCDF、LAPACK和METIS_LIB路径 #编译 $ sh make.sh # 如果编译成功，执行目录${EXEDIR}中会出现可执行文件ParGRIST-amipw.exe 运行GRIST_AMIPW >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> 以上步骤完成后，即可运行GRIST_AMIPW。需要指出，所有前处理文件都可以生成后重复使用，如服务器中已存在所需前处理文件，则可以直接进入模式运行阶段。 :: #进入运行目录 $ cd ${GRIST_HOME}/run/exp_amipw_climate #根据用户需求设置grist.nml与grist_amipw_phys.nml #提交任务 $ sh run_amipw.sh 运行完成后会生成多个nc文件，即为GRIST_AMIPW模式运行结果。 grist.nml的部分设置参考： :: #设置积分时长、步长等各类参数 &ctl_para day_duration = 3950 model_timestep = 1200 h1_history_freq = 72 working_mode = 'amipw' start_ymd = 20000526 comm_group_size = 10 grid_info = "G6" &dycore_para d3d_damping_coef = 0.12 imbeta = 0.55 imkesi = 0.55 &tracer_para ntracer = 6 &physics_para physpkg = 'AMIPW_PHYSICS' ptend_wind_rk_on = .true. ptend_heat_rk_on = .true. :: #设置初始场、强迫数据以及模态等参数 &data_para initialAtmFilePath = '${path_for_AtmFile}/grist.initial.pl.g6_20120526.nc.new.nc' initialLndFilePath = '${path_for_LndFile}/grist_gfs_20120526.g6.nc' sstFilePath = '${path_for_sstFile}' initialDataSorc = 'ERAIP' numMonSST = 122 sstFile_year_beg = 2000 real_sst_style = 'AMIP' sstFileNameHead = 'realNoMissingNewSstSic.' sstFileNameTail = '.grist.g6.nc' 设置完grist.nml之后，再根据具体需求设置grist_amipw_phys.nml，这里以GRIST_AMIPW使用的默认物理包配置为例： :: &wrfphys_para wrfphys_cu_scheme = 'NTDKV381' #Convection wrfphys_cf_scheme = 'CAM3' #Cloud fraction wrfphys_ra_scheme = 'RRTMGV381' #Radiation wrfphys_rasw_scheme = 'RRTMGV381' wrfphys_ralw_scheme = 'RRTMGV381' wrfphys_mp_scheme = 'WSM6V381' #Microphysics wrfphys_bl_scheme = 'YSUV381' #Boundary layer wrfphys_sf_scheme = 'SFCLAYV381' #Surface layer wrfphys_lm_scheme = 'noahmp' #Land model 编译和运行GRIST_AMIPC模式 -------------------------------- 编译GRIST_lib库 >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> 如果在运行GRIST_AMIPW时已经编译好GRIST_lib库，则无需重复编译。 编译GRIST_AMIPC主程序 >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> 步骤与编译GRIST_AMIPW主程序相同，只不过GRIST_AMIPC的默认编译选项为：mpiifort -O1 -DSPIO -DUSE_HALO2 -DCMAPI -DCDATE -DAMIPC_PHYSICS -DUSE_NOAHMP -DOCNABD -DCAM3OCNABD :: #进入编译目录 $ cd ${GRIST_HOME}/bld/build_amipc #设置编译选项，修改Makefile中NETCDF、PNETCDF、LAPACK和METIS_LIB路径 #编译 $ sh make.sh # 如果编译成功，执行目录${EXEDIR}中会出现可执行文件ParGRIST-amp-cam5-real.exe。 运行GRIST_AMIPC >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> 以上步骤完成后，即可运行GRIST_AMIPC。需要指出，所有前处理文件都可以生成后重复使用，如服务器中已存在所需前处理文件，则可以直接进入模式运行阶段。 :: #进入运行目录 $ cd ${GRIST_HOME}/run/exp_amipc_climate #根据用户需求设置grist.nml与grist_amipc_phys.nml #提交任务 $ sh run_amipc.sh 运行完成后会生成多个nc文件，即为GRIST_AMIPC模式运行结果。 GRIST_AMIPC与GRIST_AMIPW的grist.nml之间只存在少部分差异，这里只展示GRIST_AMIPC的部分特定设置： :: &ctl_para working_mode = 'amipc' comm_group_size = 1 &dycore_para d3d_damping_coef = 0.1 imbeta = 0.6 imkesi = 0.6 &tracer_para ntracer = 5 &physics_para physpkg = 'AMIPC_PHYSICS' ptend_wind_rk_on = .false. ptend_heat_rk_on = .false. GRIST_AMIPC的初始场、强迫数据以及模态等参数与GRIST_AMIPW一致，这里不再赘述。 设置完grist.nml之后，同样可以依据具体需求设置grist_amipw_phys.nml，这里给出了GRIST_AMIPC使用的部分默认物理包配置： :: &phys_ctl_nl deep_scheme = 'off' shallow_scheme = 'double_plume' eddy_scheme = 'diag_TKE' microp_scheme = 'MG' macrop_scheme = 'park' radiation_scheme = 'rrtmg' lsm_scheme = 'noahmp' 结果示意 ---------------- .. image:: images/fuzhen-amip-1.jpg :align: center 图1. （a）观测（ERA5）、（b）AMIIPC与（c）AMIPW中的年平均150hPa速度势的气候态分布特征。 .. image:: images/fuzhen-amip-2.jpg :align: center 图2. （a）GPCP、（b）GPM、（c）AMIIPC与（d）AMIPW中的年平均降水的气候态分布特征。 参考文献 ---------------- Zhang, Y., Yu, R., Li, J., Li, X., Rong, X., Peng, X., & Zhou, Y. (2021). AMIP simulations of a global model for unified weather‐climate forecast: Understanding precipitation characteristics and sensitivity over East Asia. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 13(11), e2021MS002592. Li, X., Zhang, Y., Peng, X., Chu, W., Lin, Y., & Li, J. (2022). Improved Climate Simulation by Using a Double‐Plume Convection Scheme in a Global Model. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 127(11), e2021JD036069. 备注 ----------------