【经验分享】CLM 单点大气强迫数据制作及单点运行（一）

lhaikun@163.com

      从上次写单点地表数据制作——【经验分享】CESM1.0.4及CESM1.2.X移植及CLM4.5单点地表资料制备常见问题已经过去相当长一段时间，原谅楼主又颓废了...

       已经花费时间做了地表数据，肯定要run一下试试。@zpxie 帖子中提到了后边的内容，但是对于入门型选手来说有点简单粗暴，这里详细唠唠。
       此处感谢@zpxie @leo-lee及@林中飘的指导和帮助

Part 1.大气强迫数据制作
       此部分内容源于手册第5章 How to run Single-Point/Regional cases中的Creating your own single-point/regional surface datasets及Running with your own atmosphere forcing.
step 1：基本了解大气强迫数据所需
       首先我们要知道制作大气强迫场需要的数据（变量）有哪些：

       由上表可以看到，必须的变量有：入射太阳辐射，降水，最低层温度（个人理解为观测高度温度），风及比湿/相对湿度/露点温度 3选2.
       所有这些变量要写到NC文件中，存放维数为：time,lat,lon. NC文件命名格式为YYYY-MM.nc 存放在$MYCSMDATA/atm/datm7/CLM1PT_data/$MYUSRDAT位置。同时还需要将你之前做好的含有坐标信息的domain file放到$MYCSMDATA/atm/datm7/domain.lnd.$MYUSRDAT_USGS.nc

step 2.写nc文件           
        这个根据个人手头数据不同，前期处理过程不尽相同，有不同的做法，处理成半小时或者一小时一次的数据后，其实就是一个写符合上边要求的nc文件的过程。个人建议参照官网上给的支持单点的强迫场nc文件来写（鉴于官网近期好像抽风，我上传一个之前下载的 2003-06.nc (52.87 KB, 下载次数: 110)

2015-8-18 10:43 上传

点击文件名下载附件
官网支持单点范例 ，也可以点我去官网试试）我们用ncdump 查看范例nc的时候会看到这样的信息，

1. netcdf 2003-06 {
   
2. dimensions:
   
3.         scalar = 1 ;
   
4.         lon = 1 ;
   
5.         lat = 1 ;
   
6.         time = 720 ;
   
7. variables:
   
8.         double time(time) ;
   
9.                 time:long_name = "Time axis" ;
   
10.                 time:units = "days since 2003-06-01 00:00:00" ;
    
11.                 time:calendar = "noleap" ;
    
12.         double LONGXY(lat, lon) ;
    
13.                 LONGXY:long_name = "longitude" ;
    
14.                 LONGXY:units = "degrees E" ;
    
15.         double LATIXY(lat, lon) ;
    
16.                 LATIXY:long_name = "latitude" ;
    
17.                 LATIXY:units = "degrees N" ;
    
18.         double ZBOT(time, lat, lon) ;
    
19.                 ZBOT:long_name = "observational height" ;
    
20.                 ZBOT:units = "m" ;
    
21.         double EDGEW(scalar) ;
    
22.                 EDGEW:long_name = "western edge in atmospheric data" ;
    
23.                 EDGEW:units = "degrees E" ;
    
24.         double EDGEE(scalar) ;
    
25.                 EDGEE:long_name = "eastern edge in atmospheric data" ;
    
26.                 EDGEE:units = "degrees E" ;
    
27.         double EDGES(scalar) ;
    
28.                 EDGES:long_name = "southern edge in atmospheric data" ;
    
29.                 EDGES:units = "degrees N" ;
    
30.         double EDGEN(scalar) ;
    
31.                 EDGEN:long_name = "northern edge in atmospheric data" ;
    
32.                 EDGEN:units = "degrees N" ;
    
33.         double TBOT(time, lat, lon) ;
    
34.                 TBOT:long_name = "temperature at the lowest atm level (TBOT)" ;
    
35.                 TBOT:units = "K" ;
    
36.         double RH(time, lat, lon) ;
    
37.                 RH:long_name = "relative humidity at the lowest atm level (RH)" ;
    
38.                 RH:units = "%" ;
    
39.         double WIND(time, lat, lon) ;
    
40.                 WIND:long_name = "wind at the lowest atm level (WIND)" ;
    
41.                 WIND:units = "m/s" ;
    
42.         double FSDS(time, lat, lon) ;
    
43.                 FSDS:long_name = "incident solar (FSDS)" ;
    
44.                 FSDS:units = "W/m2" ;
    
45.         double FLDS(time, lat, lon) ;
    
46.                 FLDS:long_name = "incident longwave (FLDS)" ;
    
47.                 FLDS:units = "W/m2" ;
    
48.         double PSRF(time, lat, lon) ;
    
49.                 PSRF:long_name = "pressure at the lowest atm level (PSRF)" ;
    
50.                 PSRF:units = "Pa" ;
    
51.         double PRECTmms(time, lat, lon) ;
    
52.                 PRECTmms:long_name = "precipitation (PRECTmms)" ;
    
53.                 PRECTmms:units = "mm/s" ;
    
54. 
    
55. // global attributes:
    
56.                 :institution = "Oak Ridge National Laboratory" ;
    
57.                 :history = "File Origin - This file was created at Oak Ridge Nat                                                                              ional Laboratory for the site-level MDC in 2010" ;
    
58.                 :site_location = "Latitude:  45.55980   Longitude:   275.28620 E                                                                              levation (masl):   50." ;
    
59. }
    

复制代码

        相信看到这个代码，之前写过nc的朋友分分钟就搞定了，但对于我这种小白来讲，就坑爹了，只能参照大神的脚本来尝试，此处@zpxie @贾 @晶姐 参照三人的ncl脚本，自己用matlab试了一下，ncl不会用。只能参照着其中的一些设定来搞。
      我自己用matlab尝试了一下，也可以用。 m程序 范例数据（一列）.rar (58.56 KB, 下载次数: 148)

2015-8-25 17:30 上传

点击文件名下载附件
      （题外话：如果你还是低年级学生同时又要用模式，个人建议麻溜学ncl之类，真的好用！如果高年级面临毕业就算了。PS：发这个帖子发现一个bug，上传的附件如果删除会扣掉4点金币，但帖子是草稿状态，修改起来不应该这样的...@mofangbao 这个怎么破，下边附件的那个m程序我也想删，求管理员帮忙删一下吧）

step 3.写相应的stream文件
         In CLM1PT mode the model is assumed to have half-hourly or hourly data for a single-point.
         如果你自己的强迫数据不满足上述条件，就需要做出相应的调整。



          stream文件中具体的设定，请摸我过去看看这里主要说说手册中具体指到的，在实例中指明

1.       <datasource>                                 GENERIC
   
2.       </datasource>
   
3.       <domaininfo>
   
4.          <variablenames>
   
5.             time    time
   
6.             xc      lon
   
7.             yc      lat
   
8.             area    area
   
9.             mask    mask
   
10.          </variablenames>
    
11.          <filepath>
    
12.          /model/cesm120/tools/mapping/gen_domain_files
    
13.          </filepath>
    
14.          <filenames>
    
15.          domain.lnd.1x1_MKL_noocean.nc
    
16.          </filenames>
    
17.       </domaininfo>
    
18.       <fieldinfo>
    
19.          <variablenames>
    
20.             ZBOT     z
    
21.             TBOT     tbot
    
22.             RH       rh
    
23.             WIND     wind
    
24.             PRECTmms precn
    
25.             FSDS     swdn
    
26.             PSRF     pbot
    
27.             FLDS     lwdn
    
28.          </variablenames>
    
29.          <filepath>
    
30.             ../data/cesm/atm/datm7/CLM1PT_data/BJ
    
31.          </filepath>
    
32.          <filenames>
    
33.             2003-01.nc
    
34.          </filenames>
    
35.          <offset>           
    
36.             0   
    
37.          </offset>
    
38.       </fieldinfo>

复制代码

              
部分解释：1、<variablenames>中两列第一列为NC文件中的变量名字，第二列为相应的模型中的名字                  
                2、<offset>为时间偏移量，正值为向后偏移，负值为向前，一般设为0

Part 2.run起来

1. 回忆一下制作地表数据过程中我们都做了什么工作（详见第二张the file creation process一节）：
   
2. 1、Create SCRIP grid datasets
   
3. models/lnd/clm/tools/shared/mkmapdata/mknoocnmap.pl -p ${LAT},${LON} -n $GRIDNAME
   
4. 2、Create mapping files for use by mksurfdata_map with mkmapdata
   
5. models/lnd/clm/tools/shared/mkmapdata/mkmapdata.sh -r $GRIDNAME -f $GRIDFILE -t regional
   
6. 3、Create domain dataset
   
7. tools/mapping/gen_domain_files/gen_domain -m $MAPFILE -o $OCNDOM -l $ATMDOM
   
8. （gen_domain to create a domain file for datm from a mapping file. The domain file is then used by BOTH datm AND CLM to define the grid and land-mask.）
   
9. 4、Create surface datasets
   
10. models/lnd/clm/tools/clm4_5/mksurfdata_map/mksurfdata.pl -r usrspec -usr_gname $GRIDNAME -usr_gdate $CDATE
    
11. （mksurfdata_map is used to create surface-datasets from grid datasets and raw datafiles at half-degree
    
12. resolution to produce files that describe the surface characteristics needed by CLM (fraction of grid cell
    
13. covered by different land-unit types, and fraction for different vegetation types, as well as things like soil color, and soil texture, etc.)

复制代码

由上可知，第三步和第四步生成的文件是最终产物，第一第二步的结果都是作为中间产品来被调用的，记住这个

1. Notes on which input datasets are needed for CLM
   
2. global or regional/single-point grids
   
3. - need fsurdata and fatmlndfrc
   
4. fsurdata ---- from mksurfdata_map in step (4)
   
5. fatmlndfrc -- use the domain.lnd file from gen_domain in step (3)
   
6. (NOTE: THIS FILE IS POINTED TO USING ATM_DOMAIN_PATH/ATM_DOMAIN_FILE/LND_DOMAIN_PATH/LND_DOMAIN_FILE

复制代码

下边的steps是楼主的摸索过程，如过感觉看起来麻烦，可以直接跳过，进行下边的步骤，如果遇上问题了可以来看这些steps.

step 1、Create a new case

1. [lhaikun@su01 ~]$cd script
   
2. [lhaikun@su01 ~]$./create_newcase -case my_atmforc_test -res CLM_USRDAT  -compset I1PTCLM45 -mach intel120dd

复制代码

     手册例5-7中的-res pt1_pt1不对，会报错如下


注意：1.对于具体的-compset所对应的东西选项，单I就有96个，大家根据自己的需求，在scripts/ccsm_utils/Case.template/config_compsets.xml 内相应查找
         2.-res 分辨率的设置支持可以用过命令./create_newcase -list grids查看，选择所需，此处单点为CLM_USRDAT
而后的操作手册上好像没有明显的指引和完整的例子，有发现的请明示！

step 2、Set up the case

1. [lhaikun@su01 ~]$ ./cesm_setup

复制代码

此时会报如下错误，说明可能的两个问题：1.你的clm_usr_name没有指定2.你制作的地表文件没有放对地方或者名字没有写对。
3.你的inputdata的路径没有指到你数据存放的位置


解决方法：
1、

1. [lhaikun@su01 ~]$ ./xmlchange CLM_USRDAT_NAME=$GRIDNAME

复制代码

2、看看模型给我们的提示

1. [lhaikun@su01 ~]$ vi $CESMROOT/models/lnd/clm/bld/namelist_files/namelist_defaults_usr_files.xml

复制代码

3、根据上边第二步你存放的位置，输入下边语句即可

1. [lkaikun@su01 1x1_MKL]$ ./xmlchange DIN_LOC_ROOT=$MYCSMDATA

复制代码

内容自己看一下,看到与我们有关系的就是<!-- Surface dataset (relative to ${csmdata}) -->，按照surfdata_${clm_usr_name}_simyr${sim_year}.nc来命名并移动到相应的目录中去，其中${csmdata}可以指定自己的，默认为你移植cesm时候设定的路径，可以用scripts目录下的link_dirtree命令来关联；而后顺利通过；

step 3、Build the case

初次我们先不对任何运行时间等进行设定，主要是看看各种文件需要放在什么地方

1. [lkaikun@su01 1x1_MKL]$ ./1x1_MKL.build

复制代码

这个时候我们会得到提示“File is missing:***”;“File status unknown:***”;
我们逐个解决：
1、“File is missing:***”：其中除了DATM文件YYYY-MM.NC外还有等文件snicar_optics_5bnd_c090915.nc，对于后边这种没见过的，如果你的电脑联网会自动下载，如果没有，手动下载放在相应提示目录；对于YYYY-MM.NC的我们并没有想要那么多数据，而想要用自己的，说明有专门的文件控制；
2、“File status unknown:***” 证明我们的数据命名不对或者放的位置不对；
对于前面的DATM文件，在CESM手册中有如下描述：
DATM
DATM is discussed in detail in Data Model’s User’s Guide36. DATM is normally used to provide observational forcing data (or forcing data produced by a previous run using active components) to drive CLM (I compset), POP2 (C compset),and POP2/CICE (G compset). As a result, DATM variable settings are specific to the compset that will be targeted.
DATM can be user configured in three different ways.
(1)You can set DATM run-time variables37 my modifying control settings for CLMand CPLHIST forcing.
(2)You can edit user_nl_datm to change namelist settings namelists settings by adding all user specific namelist changes in the form of "namelist_var = new_namelist_value". Note that any namelist variable from shr_strdata_nml and datm_nml can be modified below using the this syntax. Use preview_namelists to view (not modify) the output namelist in CaseDocs.
(3)You can modify the contents of a DATM stream txt file. To do this:
&#8226; use preview_namelists to obtain the contents of the stream txt files in CaseDocs
&#8226; place a copy of this file in $CASEROOT with the string "user_" prepended
&#8226; Make sure you change the permissions of the file to be writeable (chmod 644)
&#8226; Modify the user_datm.streams.txt.* file.
As an example, if the stream txt file in CaseDocs/ is datm.streams.txt.CORE2_NYF.GISS, the modified copy in $CASEROOT should be user_datm.streams.txt.CORE2_NYF.GISS. After calling preview_namelists again, you should see your new modifications appear in CaseDocs/datm.streams.txt.CORE2_NYF.GISS.
第三种方法正是我们前边提到的stream文件的方法，打开CaseDocs/datm.streams.txt.CLM1PT.CLM_USRDAT

1. [lkaikun@su01 1x1_MKL]$ ./xmlchange CLM_USRDAT_NAME=$GRIDNAME
   
2. [lkaikun@su01 1x1_MKL]$ ./xmlchange DIN_LOC_ROOT=$MYCSMDATA
   
3. [lkaikun@su01 1x1_MKL]$ ./xmlchange ATM_DOMAIN_PATH=$GENDOM_PATH,LND_DOMAIN_PATH=$GENDOM_PATH
   
4. [lkaikun@su01 1x1_MKL]$ ./xmlchange ATM_DOMAIN_FILE=$ATMDOM,LND_DOMAIN_FILE=$ATMDOM
   
5. [lkaikun@su01 1x1_MKL]$ ./preview_namelists
   
6. [lkaikun@su01 1x1_MKL]$ vi CaseDocs/datm.streams.txt.CLM1PT.CLM_USRDAT

复制代码

参照其中部分，修改你之前写的stream文件，并将你的文件按照上述提示copy并重命名到相应位置，而后

1. [lkaikun@su01 1x1_MKL]$ ./preview_namelists
   
2. [lkaikun@su01 1x1_MKL]$ ./1x1_MKL.clean_build
   
3. [lkaikun@su01 1x1_MKL]$ ./1x1_MKL.build

复制代码

此时楼主遇上如下报错 ：

google之后，得到的解释是：

解决方法：在config_compiler.xml中加入<LAPACK_LIBDIR>/share/apps/lapack/3.5.0/0/lib</LAPACK_LIBDIR>
而后重新建立一个case即可。此时build便通过了，至此基本的编译通过方面已经完成，接下来就是对env_run.xml中进行具体的run的设定了


上边一丢废话，总结下来就是如下内容：

1. #!/bin/bash
   
2. #single point running
   
3. #part 1 single point surface data creating
   
4. #preparing for the surface data creating
   
5. export GRIDNAME=1x1_MKL
   
6. export CDATE=`date +%y%m%d`
   
7. export GRIDFILE=/lustre/home/lkaikun/model/cesm120/models/lnd/clm/tools/shared/mkmapgrids/SCRIPgrid_${GRIDNAME}_nomask_${CDATE}.nc
   
8. export MAPFILE=/lustre/home/lkaikun/model/cesm120/models/lnd/clm/tools/shared/mkmapdata/map_${GRIDNAME}_noocean_to_${GRIDNAME}_nomask_aave_da_${CDATE}.nc
   
9. export OCNDOM=domain.ocn_noocean.nc
   
10. export ATMDOM=domain.lnd.${GRIDNAME}_noocean.nc
    
11. #################part 2 run with the surface data i created #############################
    
12. # Copy the file you created above to your new directory &
    
13. # naming convention (leave off the creation date)
    
14. # you need to edit the DATM namelist streams file to make it consistent
    
15. #$EDITOR Buildconf/datm.buildnml.csh
    
16. cp $CESMROOT/models/lnd/clm/tools/clm4_5/mksurfdata_map/surfdata_${GRIDNAME}_simyr1850_$CDATE.nc \
    
17. $MYCSMDATA/lnd/clm2/surfdata_map/surfdata_${GRIDNAME}_simyr1850.nc
    
18. cp $CESMROOT/models/lnd/clm/tools/clm4_5/mksurfdata_map/surfdata_${GRIDNAME}_simyr2000_$CDATE.nc \
    
19. $MYCSMDATA/lnd/clm2/surfdata_map/surfdata_${GRIDNAME}_simyr2000.nc
    
20. # Put your forcing datasets into $MYCSMDATA/atm/datm7/CLM1PT_data/$GRIDNAME
    
21. cp /lustre/home/lkaikun/model/cesm120/atmforcing_make/2003-01.nc \ $MYCSMDATA/atm/datm7/CLM1PT_data/$GRIDNAME
    
22. cd $CESMROOT/scripts
    
23. ./create_newcase -case ../exp/$GRIDNAME -res CLM_USRDAT -compset I1PTCLM45 -mach intel120dd
    
24. cd ../exp/$GRIDNAME
    
25. #set CLM1PT and CLM_USRDAT_NAME
    
26. #to the user id you created for your datasets above
    
27. ./xmlchange CLM_USRDAT_NAME=$GRIDNAME
    
28. #Set the path to the location of gen_domain set in the creation step above
    
29. ./xmlchange ATM_DOMAIN_PATH=$GENDOM_PATH,LND_DOMAIN_PATH=$GENDOM_PATH
    
30. ./xmlchange ATM_DOMAIN_FILE=$ATMDOM,LND_DOMAIN_FILE=$ATMDOM
    
31. ./xmlchange DIN_LOC_ROOT=$MYCSMDATA
    
32. ./cesm_setup
    
33. #modify the stream file
    
34. cp /lustre/home/lkaikun/model/cesm120/atmforcing_make/${GRIDNAME}.stream user_datm.streams.txt.CLM1PT.CLM_USRDAT
    
35. ./preview_namelists
    
36. #build the case
    
37. ./${GRIDNAME}.build
    
38. ./xmlchange Variables=Value
    
39. ./${GRIDNAME}.run

复制代码

在run的时候遇上两个错误，如下：
原因：stream文件中的书写为了美观，加了很多没用的空格，去掉

原因：stream文件中写了一个自己大气强迫文件中没有的变量PSRF     pbot
最后的最后！

1. [lkaikun@su01 1x1_MKL]$ vi CaseStatues

复制代码

如果用cesm，推荐加群：NCAR/CESM&NCAR/CLM&NCAR/CAM（245364236），群内严肃，探讨问题
WRF及探讨人生&吐槽等，可以加群：气象家园WRF/CALPUFF/CALMET （176212282），我是不会告诉你群主是个大帅哥的，人好，热心，帮忙下东西，又会做饭，绝对优质好男人，but  已婚，我说这些群里小伙伴都懂得
感谢群内朋友的帮助

lhaikun@163.com

@mofangbao 麻烦大大帮我把下边这俩单独出来的附件删了吧，我删还得扣金币，我要努力攒金币然后发金币挥霍！

navy.blue

楼主有制作过wrf使用的静态数据（geogrid）的经验吗，求分享经验！

lhaikun@163.com

navy.blue 发表于 2015-8-25 22:25
楼主有制作过wrf使用的静态数据（geogrid）的经验吗，求分享经验！

我没做过，不过我记得好像有相关的帖子吧，兰溪和天目都写过相关的，你可以通过这个帖子进去瞅瞅http://bbs.06climate.com/forum.php?mod=viewthread&tid=36931

卡拉蜂空间

高大上的赶脚！

龙行天下

超赞，给楼主顶一下

wuk

很好的学习资料。正在紧跟楼主步伐前进。

仰望星空STAR

照着LZ的方法，最后运行一年也显示成功了

但是，输出的结果都是一个值，比如输出的TBOT日值全年都是268之类的，是什么情况？

lhaikun@163.com

仰望星空STAR 发表于 2015-12-11 14:11
照着LZ的方法，最后运行一年也显示成功了

但是，输出的结果都是一个值，比如输出的TBOT日值全年都是268 ...

你的驱动数据写的有问题可能，我也遇上过，仔细检查下驱动数据的书写，我上传的程序我后来也针对具体情况改过，还有就是在你的user_nl_datm中需要对你的stream文件作出说明，写上类似下边的话语
streams = "datm.streams.txt.CLM1PT.CLM_USRDAT 2002 2002 2002", "datm.streams.txt.presaero.clim_2000 1 1 1"

仰望星空STAR

lhaikun@163.com 发表于 2015-12-11 14:15
你的驱动数据写的有问题可能，我也遇上过，仔细检查下驱动数据的书写，我上传的程序我后来也针对具体情况 ...

感谢你的帮助！
我用的你上传的程序写的驱动数据，请问那个程序做了哪些修改？