模式输入文件: 强迫数据
用于全球模式的强迫数据制作
本章描述制作运行GRIST模式所必须的强迫数据。 强迫数据制作前需配置好依赖环境，以下几个软件是制作静态数据所必需的，括号中为推荐的软件版本：
NCO（推荐版本：4.7.6）
CDO（推荐版本：2.0.5）
- 构建强迫数据需要以下两个步骤：
数据前处理
数据后处理
数据前处理
此步骤需先下载ERA5、GFS或者其它资料集中的海温和海冰数据作为原始强迫数据，然后将其转化为nc格式。 下载对应数据后，运行step1_convert_sstsic.sh对数据格式进行转换，以下为step1_convert_sstsic.sh设置参考（以ERA5数据为例）：
pathin=${Path_for_inputfile} #设置原始初值数据读取路径
pathou=${Path_for_outputfile} #设置初值数据生成路径
hres="G8UR" #网格名
cdo_grid_file=${Path_for_gridfile} #设置模式网格描述文件路径（模式网格描述文件的生成请参考模式网格生成部分）
cdo -f nc copy ${pathin}/${file} ${pathou}/${file}.tmp0.nc #将GRIB格式文件转化为nc格式
cdo chname,var34,sst,var235,tsk,var31,sic ${pathou}/${file}.tmp0.nc ${pathou}/${file}.nc #修改变量名
rm -rf ${pathou}/${file}.*tmp.nc ${pathou}/${file}.tmp0.nc #删除中间数据
强迫数据模态设置
目前GRIST模式支持三种强迫数据读取模式，用户可根据不同需求制作相应类型的强迫场（仅时间维有差异）分别为：
1. AMIP模态：该模态遵循经典大气模式比较计划试验（AMIP）规定的逐月海温强迫模式。每个文件包含一个整数十年及相邻的两个月份数据（例如，197912-199001)。
AMIP模态参考namelist设置：（参考文件名：realNoMissERA5SstSic.1980.GRIST.2621442.nc)
numMonSST = 122 #AMIP模式必须为122，且每10年一个文件
sstFile_year_beg = 1980 #起始日期, 必须是整数年代的起始年
real_sst_style = 'AMIP' #强迫数据模态
sstFileNameHead = 'realNoMissERA5SstSic.' #强迫数据文件前缀
sstFileNameTail = '.GRIST.2621442.nc'#强迫数据文件后缀
2. CYCLE模态：海表温度文件为年循环的12个月数据。该模态主要用于进行模式自由气候积分，从而检验模式的基本气候态。此外，该模态也可用于开展海温固定条件下的天气预报型试验，仅需将12个月份的海温数据设为同一数值即可。
CYCLE模态参考namelist设置：（参考文件名：realNoMissERA5SstSicCYCLE.GRIST.2621442.nc）
numMonSST = 12 #AMIP模式必须为12
sstFile_year_beg = 2021 #（此模态此变量无效）
real_sst_style = 'CYCLE' #强迫数据模态
sstFileNameHead = 'realNoMissERA5SstSicCYCLE.' #强迫数据文件前缀
sstFileNameTail = '.GRIST.2621442.nc' #强迫数据文件后缀
3. DAILY模态：该模态的海温数据为逐日，每个文件涵盖一日数据。运行时，GRIST模式会逐日读取海温数据，并用于强迫大气。此外，该模态也可以广义化为以任意时间间隔读取文件。
DAILY模态参考namelist设置：（参考文件名：realNoMissERA5SstSic.daily20080717.G9B3.nc）
numMonSST = 1 #AMIP模式必须为1，然后逐文件读取
sstFile_year_beg = 2021 #(此模态此变量无效）
real_sst_style = 'DAILY' #强迫数据模态
sstFileNameHead = 'realNoMissERA5SstSic.' #强迫数据文件前缀
sstFileNameTail = '.G9B3.nc' #强迫数据文件后缀
强迫数据后处理
制定好强迫模态后，运行step2_possion.sh对初值文件变量进行泊松插值来处理缺测值，以下step2_possion.sh参考设置：
filein=${pathin}/${file} #输入文件名那个
fileou=${pathou}/realNoMissCDOYconsstsic.6hr${date}.${res}.nc #输出文件名
echo 'Step 1: possion inte to : ' ${fileou}
cat > poisson.ncl << EOF #泊松插值脚本
begin
f1=addfile("${filein}","r") #读文件
sst = f1->sst #读取变量
guess = 1 ; use zonal means
is_cyclic = True ; cyclic [global]
nscan = 1500 ; usually much less than this
eps = 0.001 ; variable dependent
relc = 0.6 ; relaxation coefficient
opt = 0 ; not used
poisson_grid_fill( sst, is_cyclic, guess, nscan, eps, relc, opt) #泊松插值
b1=addfile("${fileou}", "c") #写文件
b1->sst=sst
end
EOF
ncl poisson.ncl #运行脚本
rm poisson.ncl #删除脚本
泊松插值完成后，需运行step3_post_sstsic.sh将初值文件变量插值到模式网格，以下step3_post_sstsic.sh参考设置：
filein=${pathin}/${file} #输入文件名
fileou=${pathou}/realNoMissCDOYconsstsic.6hr${date}.${res}.nc #中间文件名
fileouf=${pathou}/realNoMissCDOYconsstsic.daily${date}.${res}.nc #输出文件名
cdo_grid_file=/fs2/home/zhangyi/public/g9b3_grids/grist_scrip_23592962.nc #模式网格文件
filemask=/fs2/home/zhangyi/wangym/GRIST_Data-master/static/static.g9b3.mpiscvt.nc #海陆mask
cdo -f nc4c -P 6 remapycon,${cdo_grid_file} ${filein} ${pathou}/remap.tmp.nc #将初值插值到模式网格
cdo selname,sic ${pathou}/remap.tmp.nc ${pathou}/remap.sic.tmp.nc #提取海冰文件
cdo selname,MASK ${filemask} ${pathou}/mask.tmp.nc #提取海路mask
cdo chname,MASK,sic ${pathou}/mask.tmp.nc ${pathou}/remap.masksic.tmp.nc #将MASK重命名为sic作为sic变量的mask
cdo ifnotthen ${pathou}/remap.masksic.tmp.nc ${pathou}/remap.sic.tmp.nc ${pathou}/remap.sicnew.tmp.nc #将陆地部分设为缺测
cdo setmisstoc,0 ${pathou}/remap.sicnew.tmp.nc ${pathou}/remap.sicnew.tmp1.nc #将缺测设为0
cdo selname,tsk,sst ${pathou}/remap.tmp.nc ${fileou} #提取tsk，sst
ncks -4 -A ${pathou}/remap.sicnew.tmp1.nc ${fileou} #拼接sst，sic，tsk
cdo -f nc2 timmean ${fileou} ${fileouf} #生成daily强迫场
用于有限区域模式的强迫数据制作
产生有限区域模式强迫数据的方式，与全球模式类似。仅需将CDO插值采用的SCRIP模版文件替换为有限区域网格的对应文件即可。 如果已经产生了全球模式强迫数据，也可以直接基于全球模式数据插值到有限区域网格，例如：
cdo remapdis,${lam_scrip_file} ${global_fileName} ${lam_fileName}
有限区域模式的侧边界条件(LBC)数据制作
有限区域模式的侧边界条件，可以由GRIST全球模式提供，也可以基于其他(再)分析数据。运行remap_lam.sh脚本对全球模式处理生成有限区域模式侧边界条件。以下为remap_lam.sh的参考设置：
ncks -v ps,hps ${inpth}/${file1d_in} 1d.nc #提取经纬度和表层气压变量
ncks -v uPC,vPC,temperature ${inpth}/${file2d_in} 2d.nc #提取U，V和温度等2维变量
ncks -v tracerMxrt ${inpth}/${file3d_in} 3d.nc #提取Q变量
ncrename -d location_nv,ncells 1d.nc #将location_nv重命名为ncell
ncrename -d location_nv,ncells 2d.nc #将location_nv重命名为ncell
ncrename -d location_nv,ncells 3d.nc #将location_nv重命名为ncell
ncks -A 3d.nc 2d.nc #拼接3d和2d变量
ncks -A 2d.nc 1d.nc #拼接到1d变量
ncatted -O -a coordinates,,m,c,"lon lat" 1d.nc #为1d变量添加经纬度坐标
ncks -A latlon.nc 1d.nc #将经纬度信息写入1d文件
ncpdq -a ntracer,ncells,nlev 1d.nc 1dnew.nc #将1d文件按照 ntracer,ncells,nlev维度的顺序重组
ncks --mk_rec_dmn ntracer 1dnew.nc 1dnew1.nc #将ntracer设为unlimited
cdo -P 24 remapdis,grist.lam_scrip_2232156.nc 1dnew1.nc grid.nc #插值
强迫数据制作脚本参考样例（使用G8分辨率网格）
1.step1_convert_sstsic.sh
pathin=${Path_for_inputfile}
pathou=${Path_for_outputfile}
mkdir -p ${pathou}
rm -rf ${pathou}/*
hres="G9B3"
cdo_grid_file=${Path_for_gridfile}
for file in `ls ${pathin}` ;do
if [ "${file##*.}"x = "grib"x ] ;then
echo ${file}
echo "1) convert grib to netcdf"
cdo -f nc copy ${pathin}/${file} ${pathou}/${file}.tmp0.nc
echo "2) rename sst tsk sic"
cdo chname,var34,sst,var235,tsk,var31,sic ${pathou}/${file}.tmp0.nc ${pathou}/${file}.nc
echo "3) clean"
rm -rf ${pathou}/${file}.*tmp.nc ${pathou}/${file}.tmp0.nc
echo "done"
fi
done
2.step2_possion.sh（以DAILY模态为例）
#!/bin/bash
lev_type=sf
year=2020
pathin=${Path_for_inputfile}
pathou=${Path_for_outputfile}
res=G9B3
mkdir -p ${pathou}
rm -rf ${pathou}/*.nc
for file in `ls ${pathin}` ;do
if [ "${file##*.}"x = "nc"x ] ;then
echo ${file}
date=${file:8:8}
echo ${date}
filein=${pathin}/${file}
fileou=${pathou}/realNoMissCDOYconsstsic.6hr${date}.${res}.nc
rm -rf ${fileou}
echo 'Step 1: possion inte to : ' ${fileou}
cat > poisson.ncl << EOF
load "$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/gsn_code.ncl"
load "$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/gsn_csm.ncl"
load "$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/contributed.ncl"
load "$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/shea_util.ncl"
begin
f1=addfile("${filein}","r")
sic = f1->sic
sst = f1->sst
tsk = f1->tsk
guess = 1 ; use zonal means
is_cyclic = True ; cyclic [global]
nscan = 1500 ; usually much less than this
eps = 0.001 ; variable dependent
relc = 0.6 ; relaxation coefficient
opt = 0 ; not used
poisson_grid_fill( sst, is_cyclic, guess, nscan, eps, relc, opt)
b1=addfile("${fileou}", "c")
b1->sic=sic
b1->sst=sst
b1->tsk=tsk
end
EOF
ncl poisson.ncl
rm poisson.ncl
fi
done
3.step3_post_sstsic.sh（以DAILY模态为例）
pathin=${Path_for_inputfile}
pathou=${Path_for_outputfile}
if [ ! -d ${pathou} ];then
mkdir -p ${pathou}
fi
rm -rf ${pathou}/*
res=G9B3
echo 'Step 3: NC Data from: ' $pathin
echo 'Step 3: NC Data To : ' $pathou
lev_type=sf
for file in `ls ${pathin}` ;do
if [ "${file##*.}"x = "nc"x ] ;then
echo ${file}
datetmp=${file#*.}
date=${datetmp:3:8}
echo ${date}
filein=${pathin}/${file}
fileou=${pathou}/realNoMissCDOYconsstsic.6hr${date}.${res}.nc
fileouf=${pathou}/realNoMissCDOYconsstsic.daily${date}.${res}.nc
cdo_grid_file=${Path_for_gridfile}
filemask=${Path_for_maskfile}
if [ -f ${filein} ]; then
echo 'Remaps :'${filein}
rm -rf ${fileou}
cdo -f nc4c -P 6 remapycon,${cdo_grid_file} ${filein} ${pathou}/remap.tmp.nc
cdo selname,sic ${pathou}/remap.tmp.nc ${pathou}/remap.sic.tmp.nc
cdo selname,MASK ${filemask} ${pathou}/mask.tmp.nc
cdo chname,MASK,sic ${pathou}/mask.tmp.nc ${pathou}/remap.masksic.tmp.nc
cdo ifnotthen ${pathou}/remap.masksic.tmp.nc ${pathou}/remap.sic.tmp.nc ${pathou}/remap.sicnew.tmp.nc
cdo setmisstoc,0 ${pathou}/remap.sicnew.tmp.nc ${pathou}/remap.sicnew.tmp1.nc
cdo selname,tsk,sst ${pathou}/remap.tmp.nc ${fileou}
ncks -4 -A ${pathou}/remap.sicnew.tmp1.nc ${fileou}
cdo -f nc2 timmean ${fileou} ${fileouf}
rm -rf ${pathou}/*tmp*
echo "Done"
else
echo 'NO file in '${filein}
fi
fi
done
4.remap_lam.sh
inpth=${Path_for_inputfile}
oupth=GRIST_lamData
filehead=GRIST.ATM.CPTP-50_3.5km.amipw
mkdir -p ${oupth}
for year in 2008 ;do
for mon in 07 ;do
for day in 16 17 18 19 ;do
for sec in 00000 03600 07200 10800 14400 18000 21600 25200 28800 32400 36000 39600 \
43200 46800 50400 54000 57600 61200 64800 68400 72000 75600 79200 82800 ;do
file1d_in=${filehead}.${year}-${mon}-${day}-${sec}.1d.h1.nc
file2d_in=${filehead}.${year}-${mon}-${day}-${sec}.2d.h1.nc
file3d_in=${filehead}.${year}-${mon}-${day}-${sec}.3d.h1.nc
#select
ncks -v ps,hps ${inpth}/${file1d_in} 1d.nc
ncks -v uPC,vPC,temperature ${inpth}/${file2d_in} 2d.nc
ncks -v tracerMxrt ${inpth}/${file3d_in} 3d.nc
ncrename -d location_nv,ncells 1d.nc
ncrename -d location_nv,ncells 2d.nc
ncrename -d location_nv,ncells 3d.nc
ncks -A 3d.nc 2d.nc
ncks -A 2d.nc 1d.nc
ncatted -O -a coordinates,,m,c,"lon lat" 1d.nc
ncks -A latlon.nc 1d.nc
#manipulate
ncpdq -a ntracer,ncells,nlev 1d.nc 1dnew.nc
ncks --mk_rec_dmn ntracer 1dnew.nc 1dnew1.nc
cdo -P 24 remapdis,grist.lam_scrip_2232156.nc 1dnew1.nc grid.nc
ncks --fix_rec_dmn time grid.nc grid1.nc
ncrename -d time,ntracer grid1.nc
ncpdq -a ncells,nlev,ntracer grid1.nc ${oupth}/GRIST.lamData.${year}${mon}${day}${sec}.nc
#rename
ncrename -v hps,HPS -v ps,PS -v uPC,U -v vPC,V -v temperature,T -v tracerMxrt,Q ${oupth}/GRIST.lamData.${year}${mon}${day}${sec}.nc
rm -rf 1d.nc 2d.nc 3d.nc 1dnew.nc 1dnew1.nc grid.nc grid1.nc
done
done
done
done
echo "sucessfully done"