WRF学习笔记——从零开始

言深深

历时一个多月，在@andrewsoong 的细心指导之下，努力学习ing。

记录一些学习过程，比较简单，请多多批评指正！
帖子比较长，先上附件吧
WRFlinux学习笔记——从零开始.pdf (397.91 KB, 下载次数: 2721)

2016-8-23 11:47 上传

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WRF的安装教程手册比较多，因此本贴仅仅记录学习过程中的一些体会，供参考。如有谬误，多多批评！

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WRF学习笔记——从零开始

好吧，开始敲键盘，还是比较忐忑的，毕竟还是不清楚安装的WRF能不能跑起来，但是匆忙之中还是要记录点什么，以防止过两天又忘记怎么搞了！好记性不如……

时间回到7月中旬，开始接触linux了···

这个东西本来并不陌生，本着玩的精神在好多台机器上面都曾安装过，但是那些都是图形界面的啊！然而，图形界面和现在这种一团黑的东西简直有一种从文明社会被打入原始社会，不，应该是没有社会的年代。所谓“由俭入奢易、由奢入俭难”就是这个意思。忍不住一阵吐槽，为什么发展了这么多年，还是没有做个界面，这种交互方式太不友好了【熟悉之后发现，速度真心快】！！！

一、Shell

二、命令行

三、安装软件

四、安装WRF和WPS

五、跑起来

六、关于批处理

面临的第一个问题就是，别人在服务器上面用的那个黑黑的界面是什么？

一、Shell

Shell是什么鬼？翻了几天的书，终于了解了一个大概，shell就是一个壳，蛋壳的“壳”。然并卵，丝毫不知道如何使用。经咨询方知，需要安装一个软件，比如Xshell(这里用比如单纯的为了装X，其他的shell我也不知道)。安装之后(友情提示，装中文版的)，根据提供的ip地址，用户名，密码，竟然登陆进去了。没错，就是这么神奇！下面就是面对黑漆漆的屏幕发呆了···

二、命令行

这个在视窗系统下面也有，但是这个命令似乎要复杂的多，于是开始记录笔记，以下是笔记实录：

$ cd /        #        进入文件夹用法        $ cd /data/home/        #不同的linux版本最后一级文件夹的“/”，有的可以省略有的不可以【补充记录：有用！】

$ ls                #        list                        【补充记录：有用！】

$ cat filename                        #查看文件内容【补充记录：一般有用！】

$ head filename                        #查看文件前几行，可以用head -n 9 filename看前9行【补充记录：一般有用！】

$ tail filename                        #查看文件后几行【补：一般有用！】

$ cd ..                        #在每一个文件夹里面都有两个默认的文件夹“..”和“.”，分别表示上一级和当前文件夹，这在以后复制文件什么的很有用【补：有用！】

【补充：ls查看文件的时候，不同颜色表示不同文件类型：蓝色(文件夹)、黑色(普通文本)、绿色(可执行文件)、淡蓝色(快捷方式)、红色(警告文件有问题)、淡红色(压缩包)】

$ ls -a        #列出所有文件，包括隐藏文件

$ ls -F        #列出文件夹

$ ls -l        #列出文件属性，包括权限，属组，时间等等，类似于视窗的详细列表

$ -ld        #列出所在文件夹的属性，详细列表【常用的有ls -l 和 ls -aFl，以及ls】

【补充：文件属性由4部分组成，包括d(文件目录)rwx(当前文件拥有者对此文件的权限)r-x(组对此文件的权限)r--(其他人对此文件的权限)，连起来就是drwxr-xr--】

$ ls -afl                                #没错，linux支持这种套用，就是说列出上面所有的要求

$ dir                                        #与ls一个意思，还有$ vdir        #与ls -l一个意思【补：没用】

$ locate                                #查找全盘的文件内容，用法如下：

$ locate *softname*.tar.gz                #所有包括文件路径中包含softname，并以tar.gz结尾都会被列出来【补：有用，可以查找服务器上面的软件资源】

$ who                                #查看谁在线        【补：没什么用，无聊看看谁在线】

$ mkdir                                #新建文件夹

$ rm -rf foldername                #强制删除文件夹/文件【补：有用】

$ mv path/file file2                #把路径path下的文件file移动到当前文件夹，并命名为file2，可以用于重命名【补：可以用于重命名】

$ mv -i path/file file2                #如果当前文件夹下面有file2，会提示是否覆盖

$ mv -b path/file file2                #如果当前文件夹下面有file2，把新文件变成~file2

$ cp pathfile file2                #把路径path下的文件file拷贝到当前文件夹，并命名为file2

$ touch filename                        #新建一个文件

$ echo        hello,world                #输出hello,world        #执行输出使用

$ echo        hello,world > hello.txt        #新建hello.txt文件并输出hello,world        #当然，对于实际编写大量程序的时候用这个是很麻烦的，有别的类似文本编辑器一样的东西辅助编辑，如gedit，UE等(很久以后补充了这一段)

$ cat >file.f90<<EOF                #新建file并打开等待输入，知道敲如EOF跳出此文件，执行后如下：

> print,”test file”

> end

> EOF                                #结束输入，文件file中写入两行内容

$ pgf90 file.f90                        #编译刚刚建好的f90文件，当然前提是pgf90已经安装好了，执行结果就是出来一个a.out的课执行文件(绿色)a.out

$ ./a.out                                        #执行这个可执行文件，屏幕输出test file

暂时就记录了这么多的关键词，没错，这个比视窗下面的操作要记住的关键词多多了···

至此，时间过去一周了！

感觉长路漫漫，遥遥无期！！！！！

三、安装软件

接下来的一周基本上就停留在shell下命令行的练习上。终于开始觉得无聊了，开始尝试安装软件。还记得在视窗下面的时候，就是鼠标点点点，记得选一下路径就ok了(熟悉mac的一定表示不认同，明明是直接拖拽到Application中就ok！)，然后这个东西要怎么搞？

幸而在@andrewsoong指点之下，慢慢开始了解，也开始了漫漫征途···

当然，刚开始的时候连linux下的软件是什么都不懂，自然无从谈起如何安装了。

第一件事情想到的是服务器和本地的交互问题，只有这样才能利用视窗的优势，尤其是熟悉下载的流程，这样就可以实现本地和服务器的东西相互传递了。查了很多教程，方法很多，但是似乎好难···(后来我才明白，我搜索的关键词是“shell下本地和服务器传文件”)，并且都不是我想要的方案。直到@andrewsoong告诉我说安装的Xshell上面有一个按钮可以解决这个问题(快捷：ctrl+alt+f)，于是开始我对linux的第一次好感。

解决了这个问题之后就不必害怕了，按照教程，把需要的软件都下载下来，然后小心翼翼的传递到服务器(这种传递速度让我都要哭了，接近100m/s的速度啊，比我用的**牌远程控制软件不知道快到哪里去了，当然也跟内外网有关，总之我是震惊了的)。

然后开始安装软件，中途失败了无数次的就不提了。

这个服务器上面是安装了ifort的，(但是测试了差不多2天之后才发现ifort的证书过期了，我的心得有多大才这么迟钝！)，也安装了pgi(但是我还是执着的自己又安装了一遍pgi，尽管后来也没有用到，教程当然用的是http://bbs.06climate.com/forum.php?mod=viewthread&tid=42809)。

然后安装了netcdf，这个是我上手安装的第一个软件，因此有必要介绍一下。

当然按照教程进行的，并且小心翼翼的下载了netcdf-3.6.3，没有为什么，因为用过的前辈们都说这个版本好！对了，home下的文件夹是这样的。

将netcdf拷贝到software下面，并解压：

$ tar -xvf netcdf-3.6.3.tar.gz                        #        解压文件的命令

解压之后出现一个文件夹netcdf-3.6.3，对之重命名了一下，命名为netcdf，当然不建议这么做，因为这个举动同样用在安装WRF的时候给我带来了很多麻烦，后续介绍。解压之后进入到文件夹里面。

$ cd netcdf/                #进入文件夹

$ ls                         #查看此文件夹下面的文件

$ ./configure --prefix=/home/software/netcdf FC=PGF90 CC=gcc                #这一句之前一直不明白什么意思，直到安装很多软件之后发现每一次安装差不多都有这个步骤。意思是给定软件下一步的安装路径，类似于视窗下面的选择文件路径。后面是指定用的编译软件(目前仅仅在netcdf中使用，以后熟悉了之后应该用的比较多)。

$ make                                #        敲下之后屏幕出来很多我也不知道干嘛的东西

$ make install                #        敲下之后屏幕又出来很多我也不知道干嘛的东西，但是据说这个就装好了？不是的，还需要设置一下环境变量(这是神马？为什么有这个环境，我也不知道，具体做法如下)。

$ vi ~/.bashrc                #        vi是一种编辑文本的模式，在那个洪荒年代，用的比较多，直接可以打开一个文件，并进行编辑，最后保存。【补：已经放弃vi了，除非很小的改动，否则可以使用gedit， UltraEdit等编辑器，用起来非常的顺手】。使用vi需要注意：

1、按“o”开始编辑，光标移动到对应位置，进行修改；

2、可以鼠标选择并右击进行复制粘贴，当然也有快捷键；

3、要退出的时候，先按“Esc”，再按“:wq”(我一定不会告诉你，每次按这个的时候都会想起来某人@topmad)。

4、退出之后，执行一下        $ source ~/.bashrc

.bashrc是在home文件夹下面的一个隐藏文件，一般要求可以用cat /home/.bashrc进行查看，在当前用户下，可以不敲入完整的路径，写上“~/”即可【~表示我的账号所在目录，不信你试试$ cd ~】；如果本来就在home文件夹下面，直接vi .bashrc也是ok的。

按照手册修改之后，就算真正的安装完成了。然后是测试

$ which ncdump                #看到路径就成功了

总结来说，安装软件的步骤如下：

1、解压文件并进入文件夹；

2、修改configure，改变路径(可省略路径，默认当前文件夹)；

3、make和make install 安装软件；

4、设置环境变量bashrc并执行source。

按照教程，以及上述四步骤，完成jasper，libpng，zlib的安装，然后就开始不知死活的安装WRF了。

四、安装WRF和WPS

WRF

这个安装过程是比较曲折的，第一次安装几乎以失败告终，第二次终于在帮助之下安装完成并run了起来。

这期间，WRF3.8.1竟然更新了，于是自己下载安装了一遍。

这个WRF官方网站已经收入囊中：

http://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/download/get_sources.html

下载了包括WRFV3.8.1，WPS，WRFDA，以及WRF-Chemistry (最后一个还没有用得上，因此暂时没有安装)。

首先请进入到bashrc里面配置一下相关的环境变量，就是告诉下面步骤可能用到的东西在哪里，这里不再细述，具体可以参考更多的安装文档。

$ tar -xvf WPSV3.8.1.TAR.gz        #解压文件，会出现一个WRFV3的文件夹，当然我已经建了一个叫做WRF3.8.1的文件夹，这些压缩包已经放在这个文件夹里面进行的。最终这个WRF3.8.1的文件夹下面会由各个步骤依次建立出来WRFV3，WPS，WRFDA等几个文件夹。

$ ./configure        #这里面是对wrf进行配置的，里面有1-71个选项，注意最右边的一列对应的编译器，我的电脑用的是pgf90，对应的并行(dmpar)是3或者54，如果下面进行不下去了，回到这一步的时候再换个幸运数字吧。除此以外，还需要选择basic(1)。

$ ./compile em_real        #编译em_real，也可以写成$ ./compile em_real >& compile/log，后者的意思是将编译的结果保存到log日志里面，如果出错的话，需要打开log日志进行查看。

当然，和所有的安装手册一样，这里提示一下“WRFV3/test/em_real/ 目录下出现 geogrid.exe, ungrib.exe, and metgrid.exe 就表明按照WRF成功了”，ps：我第一次安装的时候这些exe文件都出现了，但是是红色的(表示警告，可能出错了)，原因就是我在./configure的那一步选择的是15，而15对应的是ifort编译器，我的电脑···

WPS

下面就是WPS的安装，这个比想象的要简单，因为WPS只是WRF的一个数据预处理模块。前面已经安装了 zlib、 libpng、 jasper ，因此下面就简单多了。

$ tar -xvf WPSV3.8.TAR.gz        # 解压WPSV3.8.TAR.gz

$ cd WPS                                # 进入文件夹

$ ./configure                                # 记得和前面安装WRF一样，选择对应的数字，以及basic

$ ./compile                                # 出现 geogrid.exe, ungrib.exe, and metgrid.exe 时，安装成功

五、跑起来

整个安装流程到这里(接近一个月过去了)，才是真正的开始，但是继了解Linux、在Linux下安装软件(包括WRF)之后，基本掌握了一些简单的知识。然后就开始尝试跑起来吧。

Part 1：预处理文件，这一部分主要目的是为WRF的正式运行准备数据，包括初值、边条，以及对时间、空间的设置等等，具体如下：

1、修改namelist.wps，如前面的configure类似的，这里面存储的信息是对模式的处理有一个限定，主要包括四部分(http://blog.sina.com.cn/s/blog_d8f6ec6b0101qc9o.html)：

2、得到namelist中的参数之后，就可以进行地形初始化，用到的程序为：

$ ./geogrid.exe                #初始化地形和空间格点

$ ln –sf ungrib/Variable_Tables/Vtable.GFS Vtable                #强制创建变量数据表的链接，至此还不清楚做什么用的，不过进入到$ cd ungrib/Variable_Tables/，文件夹下面可以看到Vtable.GFS文件，打开($ gedit Vtable.GFS        #也可以用cat 打开，不过看到的表格比较难看)之后可以看到这里面存放的是一个数据表，如下：

$ ./link_grib.csh /home/bagside/wrf/WPS/data/fnl* (将用于模拟的气象资料，链接到当前目录下面，其中fnl*表示所有以fnl开头的文件，后面省略了当前文件夹的缩写“.”)，文件夹中出现fnl的链接(蓝色)，GRIBFILE.AAA~~GRIBFILE.AAP

$ ./ungrib.exe                #解码刚刚的fnl资料(grib格式的)，出现 Successful，表明成功，文件夹内出现FILE:YYYY-MM-DD*文件

$ ./metgrid.exe        #将解码得到的资料，插值到地形资料上面，出现 Successful成功，文件夹内出现met_em.d01*.nc文件

1、到现在，预处理部分结束，退出WPS文件夹，进入到WRFV3/，首先修改WRF下面的namelist，使之与WPS下面的namelist相匹配。

其中namelist.input包括八个部分，具体参数说明如下【耐心看完，有好处】:

(http://wenku.baidu.com/link?url= ... 9rulFqbq6RqprE7bKRW)

修改保存，将刚刚得到的met_em.d01*.nc文件链接到WRFV3/test/rm_real下，命令如下：

ln -s */WPS/met_em.d0* ./                #./表示当前文件夹，可省略

进而执行程序：

$ ./real.exe                #        初值和边值的处理，将得到wrfinpurd01……等文件

$ ./wrf.exe                #        这就开始了漫长的wrf运算，取决于你模拟多久的资料，我模拟了一天，差不多计算了2个小时，当然如何并行计算速度可能快一些(如$  mpirun –np 8 ./wrf.exe，就表示利用了计算的8个cpu)。

最终计算得到wrfout的一系列按照时间命名的文件就是模拟的结果了。

好吧，太长了···这里说一下我的困扰：

我的理想中，WRF是一个给定了初值之后，依据给定的物理过程可以一直外推的程序，如我们常看到的全球气候模式中动辄跑下去几百年上千年的模式，然而事实上并非如此。

WRF是一个中尺度模式，是基于一定的模糊的数据、通过给定的物理过程、使这种模糊的天气形势精细化，从而提高准确率。需要注意的是，WRF本身是不具备预测能力的。

搞清楚这个事情之后就好办了，需要给模式一个场，wrf可以对这个场进行精细化。那么分为两种情况：

1、回报，这个很容易理解，就是用wrf去回算历史资料，这时候用到的是已经得到结果的历史资料，比如我们已经有了2016年7月1-31号的资料，用wrf算一遍，可以得到2016年7月1-31号的新的资料，这个新资料的时间、空间分辨率就可以通过改变模式参数进行调整，重新计算得到；

2、预报，经常看到的利用wrf实现预报，实际上是对其他的气候模式已经预报出来的结果进行精细化，过程同1，通过调整模式的参数，得到新的更加精细的时间、空间分辨率的结果(当然，进一步思考，这个也是wrf的一个误差来源，即给定场的的误差一定会叠加到wrf的预报结果上面)。

此外，注意到wrf是依赖于边界条件的，注意点在于wrf需要多层嵌套，即常见的2层，3层嵌套。理论上来说，短时的天气，属于初值敏感型问题，即取决于前一状态对后一状态的影响，但是实际情况中，由于初始值的提升空间有限，因此wrf中边界条件的影响逐渐变大(即下垫面的准确性)。

六、关于批处理

软件的最大超能力就是自动运行，批量的处理，linux提供这种功能。实际上是一种称之为bash的文件，由于linux的文件格式的概念不是很重，因此可以新建一个无后缀名的文件【也不能乱说，比如我建了一个没有后缀的f90文件，就没办法编译···】，如：

$ touch try_me        #然后在里面编写命令，可以一行一行的编写，执行的时候顺次执行(支持判断等逻辑运算)

如try_me中书写：echo to be continue...

$ bash try_me        #就可以执行这个try_me的文件了，里面有多少命令都会逐条执行的。例子的执行结果如下：

mofangbao

原来深深在憋大招

四叶草

看是看不懂，但冲这长篇的内容都要给

言深深

andrewsoong 发表于 2016-8-23 11:53
原来深深姐在憋大大招！！！点32个赞！！！！！！！！！！！！

第一功臣···

言深深

mofangbao 发表于 2016-8-23 11:50
原来深深在憋大招

唉，心力交瘁啊···
隔行如隔山

andrewsoong

原来深深姐在憋大大招！！！点32个赞！！！！！！！！！！！！

言深深

四叶草 发表于 2016-8-23 12:18
看是看不懂，但冲这长篇的内容都要给

同感，我也不懂。。。

ayzqs

{:5_213:}，厉害！啥时候搞个WRFDA的教程呀

冰紫蓦然

{:eb502:}{:eb502:}

方自之

火钳刘明