【WRF工具】cmip6-to-wrfinterm工具概述：生成WRF中间文件

cmip6-to-wrfinterm工具概述

• cmip6-to-wrfinterm工具安装
• cmip6-to-wrfinterm工具使用
• • [快速启动（Quick start）](#快速启动（Quick start）)
  • • 情景1：MPI-ESM-1-2-HR（默认）：
    • 情景2：BCMM
    • 情景3：EC-Earth3
  • 更改使用（Usage）
  • • [修改 config.ini ( MPI-ESM1-2-HR)](#修改 config.ini ( MPI-ESM1-2-HR))
    • [[可选] 修改 Vtable](#[可选] 修改 Vtable)
    • [[高级] cmip_handler.py](#[高级] cmip_handler.py)
• 参考

cmip6-to-wrfinterm工具介绍及下载可参见GitHub-cmip6-to-wrfinterm

CMIP6-to-WRFInterim 使用纯 Python 实现将 CMIP6 亚日尺度输出转换为 WRF 中间文件，这些中间文件用于驱动 WRF 模型进行区域动力降尺度应用。目前支持的模型如下：

如果您希望使用其他模型，需要进行相应的修改。

cmip6-to-wrfinterm工具安装

请使用Anaconda3发行版安装Python3。已经对Anaconda3中包含的Python3.8和3.9进行了深入测试，较低版本的Python3也可能可以使用（未经测试）。如果NumPy、Pandas、SciPy、XArray和NetCDF4已正确安装，可以跳过安装步骤。

建议在Anaconda中创建一个新的环境并安装requirements.txt文件。

安装代码如下：

conda create -n test_c2w python=3.9
conda activate test_c2w
pip install -r requirements.txt

cmip6-to-wrfinterm工具使用

快速启动（Quick start）

情景1：MPI-ESM-1-2-HR（默认）：

python3 run_c2w.py

请使用类 Unix (Linux) 系统运行上述命令，看到一些 FutureWarnings 是正常的。如果成功，您应该会在文件夹中看到CMIP6:2100-01-02_00和。（如果您是 Windows 子系统用户，请参阅故障排除。）CMIP6:2100-01-02_06./output

将两个中间文件复制或链接到您的 WPS 文件夹，准备好geo_em文件并正确设置namelist.wps，现在您就可以运行metgrid.exe以下 WRF 程序了。

文件夹中有一个涵盖东亚地区的简单示例namelist.wps和供测试。如果您在计算节点上操作，您还可以修改以自动执行从到的程序。namelist.input./sample/MPI-ESM-1-2-HRwps_wrf_pipeline.shmetgrid.exewrf.exe

如果您成功运行示例案例，您将会看到初始条件下以及 6 小时 WRFv4.3 运行后的皮肤温度快照，如上所示。

情景2：BCMM

python3 run_c2w.py -m BCMM

情景3：EC-Earth3

python3 run_c2w.py -m EC-Earth3

文件夹中有一个简单的示例namelist.wps，namelist.input涵盖了中美洲，./sample/EC-Earth3供测试之用。

如果您成功运行示例案例，则应看到初始条件下和 6 小时 WRFv4.3 运行后的皮肤温度快照，如下所示：

更改使用（Usage）

修改 config.ini ( MPI-ESM1-2-HR)

当您正确下载MPI-ESM1-2-HR数据时，首先./conf/config.MPI-ESM1-2-HR.ini正确编辑文件。

[INPUT]
input_root=./sample/MPI-ESM1-2-HR/
model_name=MPI-ESM1-2-HR
scenario = ssp585
esm_flag=r1i1p1f1
grid_flag=gn
#YYYYMMDDHHMM
cmip_strt_ts = 210001020000
cmip_end_ts = 210001020600

[OUTPUT]
#YYYYMMDDHHMM, please seperate your ETL processes if request very long-term simulation
etl_strt_ts = 210001020000
etl_end_ts = 210001020600
output_root = ./output/

• [INPUT]['input_root']是CMIP6数据的根目录，这里指向的是./sample/文件夹。
• [INPUT]['model_name']是模型的名称。目前仅MPI-ESM-1-2-HR支持该模型。如果您计划使用其他模型，则需要设置自己的变量映射表（见下文）。
• [INPUT]['scenario'] ['esm_flag'] ['grid_flag']用于形成 netCDF 文件名。
• [INPUT]['cmip_strt_ts']和[INPUT]['cmip_end_ts']是 CMIP6 数据的开始和结束时间。
• [OUTPUT]['etl_strt_ts']和[OUTPUT]['etl_end_ts']是您所需 ETL 周期的开始和结束时间。

编辑完文件后config.ini，您可以再次运行脚本并运行所需的时间。中间文件将生成在[OUTPUT]['output_root']文件夹中。

请注意，对于MPI-ESM1-2-HR，模型未提供 10-200cm 之间的土壤属性，我们用 0-10cm 土壤属性覆盖了它，2d-soilr变量映射表中提供了特殊类型标记。如果您的研究需要准确的土壤属性，您可能需要长期（约 1 个月）的启动运行。

对于历史运行，MPI-ESM1-2-HR不提供大气数据集中的皮肤温度输出，我们tas在这里使用它来表示皮肤温度，这在陆地上是可以接受的，因为陆地特性是从陆地表面模型预测的，但它可能对规定的有偏差SST。我们建议用户tos从海洋数据集下载数据并将其转换为大气数据集格式，并修改Vtable以摄取真实的 SST。

[可选] 修改 Vtable

./db/${MODEL_NAME}.csv记录模型指定的变量映射表。如果您计划使用其他模型或在某些情况下涉及 SST（例如 MPI-ESM1-2-HR 的历史运行），则需要设置自己的变量映射表。

src_v,aim_v,units,type,lvlmark,desc
ta,TT,K,3d,PlevPt,3-d air temperature
hus,SPECHUMD,kg kg-1,3d,PlevPt,3-d specific humidity
ua,UU,m s-1,3d,PlevPt, 3-d wind u-component
va,VV,m s-1,3d,PlevPt, 3-d wind v-component
zg,GHT,m,3d,PlevPt, 3-d geopotential height
ps,PSFC,Pa,2d,Lev, Surface pressure
tas,TT,K,2d,PlevPt, 2-m temperature
uas,UU,m s-1,2d,PlevPt, 10m wind u-component
vas,VV,m s-1,2d,PlevPt, 10m wind v-component
ts,SKINTEMP,K,2d,PlevPt, Skin temperature
psl,PMSL,Pa,2d,PlevPt, Mean sea-level pressure
huss,SPECHUMD, kg kg-1,2d,PlevPt, 2-m relative humidity
mrsos,SM000010, kg/m-3,2d-soil,PlevPt, 0-10 cm soil moisture
tsl,ST000010,K,2d-soil,PlevPt, 0-10 cm soil temp 
mrsos,SM010200, kg/m-3,2d-soilr,PlevPt, 10-200 cm soil moisture
tsl,ST010200,K,2d-soilr,PlevPt, 10-200 cm soil temp 

• src_v是CMIP6数据中变量的名称，也用于形成netCDF文件名。
• aim_v是存档在WRF中间文件中的变量的名称，由 使用metgrid.exe。
• units是变量的单位。
• type表示变量的类型。3d表示三维变量，2d表示二维变量，2d-soil表示土壤层中的二维变量。注意，对于MPI-ESM-1-2-HR，模型没有提供 10-200cm 之间的土壤属性，我们用 0-10cm 土壤覆盖了它，2d-soilr这里提供了一个特殊的类型标记。
• lvlmark是变量的级别标记。PlevPt表示该变量是具有压力级别的三维变量。
• desc是变量的描述。

[高级] cmip_handler.py

转换器的核心是cmip_handler.py。它是一个处理 CMIP6 数据并将其转换为 WRF 中间文件的 Python 模块。该模块首先根据config.ini文件加载 CMIP6 数据，然后将其插入到常规 latXlon 网格中。最后将数据转换为 WRF 中间文件。该模块包括以下函数和类：

Functions:
    gen_wrf_mid_template():
        Generate a WRF-Mid template dict for the WRF-Intermediate data.

    write_record(out_file, slab_dic):
        Write a record to a WRF intermediate file
    --------------------
    Classes:
    CMIPHandler():
        Construct CMIP Handler 

        Methods
        -------
        __init__:   initialize CMIP Handler with config and loading data
        interp_data: interpolate data to common mesh
        write_wrfinterm: write wrfinterm file

参考