教你转Noah-MP陆面模式，获取陆面多种变量

andrewsoong

    很久没写技术贴了，作为版主，太懒了，实在是有愧于清风大大@mofangbao 。版主最近一段时间在研究如何使用多陆面+水文模式（CLM，NOAH-LSM，NOAH-mp，DHSVM等）实时的获取陆表变量，例如监测干旱用的土壤水分、气温、降水等，森林草原火用的实时的高时空分辨率气温、土壤温度、风向风速、降水，农牧区雪灾监测用的积雪（雪深），夏季汛期的洪涝（水文监测预报）用的降水监测和预报、河流流量模拟监测预报等等，这些问题采用过去的站点插值的方式已经很明显满足不了当前精细化的要求了（虽然大多数部门仍然在用站点ARCGIS插值，此处没有任何攻击意思，请不要喷我见识短）。那怎么办呢？（此处大家有什么好办法方法尽管留言，包括喷我）
    当前，数值模式大行其道，那我们是否可以是利用各类模式的优点满足我们目前精细化格点化监测和预报（例如智能网格预报）的需求呢？当然了，陆面水文模式可以解决啊，它模拟的土壤温湿度、积雪、蒸散发、径流深等等，包括通量模拟都是有参考意义的，同时满足了格点化的需求（实现从站点到格点的飞跃）。
    好了，闲言少说了，进入正题。上次发了一个帖子教大家怎么使用CLM进行陆面模拟（Community Land Model），本次就写一个怎么使用NCAR/NCEP等部门都广泛使用的陆面模式NOAH-MP获取陆面各要素变量数据。
    1，本人机器为HPC，系统为Cent OS 6.x，安装的编译器有intel系列编译器，PGI系列编译器，当然还有自带的GNU的编译器（版本老点哈），netcdf4.4.1分别用各类编译器分别编译安装，并行安装的是Intel的IMPI和MPICH2，openmp也有。
    2，准备好了以上的运行环境，那就开始下一步，模式的code在哪下呢，这里可以去NCAR的官网下，这里提供另外一个github的地址吧（

游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复

）。当然，还需要静态基础数据，就是土壤质地，LAI，SAI，topo，landuse，反照率等等，NOAHMP模式使用的是WRF自带的基础地理数据，这里给出下载地址（http://www2.mmm.ucar.edu/wrf/src/wps_files/geog_complete.tar.gz）。这是完整的静态数据集，适用于3.8及其以后版本。下载到本地，解压。
    3，上一步说需要WRF的静态数据作为下垫面数据，那意味着需要安装WRF了哦，安装WRF，本论坛帖子真的太多了，这里不细说了，，先安装WRF，然后安装WPS，WPS制作静态数据geo_em.d01.nc。
    4，第二步下好了陆面模式NOAHMP，就开始编译啦。
    （1）解压安装包：tar xvf HRLDAS-v3.8.tar，将会生成文件夹HRLDAS-v3.8
    （2）在文件夹HRLDAS-v3.8中修改文件：user_build_options,把里面的编译器和各种库的路径修改成你的机器的路径。这里注意，一定要选择修改MPI那栏，串行满足不了时效性的需要啦。
    不知道路径的，请咨询你们机器的管理员，修改正确后，敲入命令：make，回车，开始编译。如果编译成功，会出现两个exe可执行文件：分别是：HRLDAS_Forcing中的create_forcing.exe和run文件夹中的hrldas.exe。到这里就算是编译完成了。
    （3）使用WPS制作你的感兴趣区域，使用WRF的real.exe制作初始场wrfinput，后面还会介绍自带的perl脚本制作初始场，这里不做详述，本论坛太多帖子了。
    （4）以上都准备好了，那怎么转模式获取我要的时间段的分辨率的数据呢？这里给出一个使用GLDAS数据的例子，因为GLDAS数据可以很容易获取啊。转本模式需要8个地面大气驱动数据，分别是地面气压，地面降水，入射短波辐射，入射长波辐射，U10，V10,2m比湿，2m气温。这几个要素全部可以由GLDAS获取。GLDAS的3h分辨率的数据怎么下？问谷歌哈。
    （5）GLDAS数据制备：现需要安装wgrib，perl，Fortran with w3 grib library（辐射需要用到），给出下载 w3lib-2.2.0.tar (1020 KB, 下载次数: 38)

2022-1-10 10:39 上传

点击文件名下载附件

地址：NCEP GRIB1 Codess and Documents (noaa.gov)。
    将下好的3h、0.25分辨率的GLDAS数据放在GLDAS_data_path文件夹下，注意，GLDAS使用的grib table并不是标准的。
    （6）使用extract_gldas.perl来提取GLDAS中的单个变量数据，这个官方给的脚本能够处理整年的数据，可以根据需要自己修改。修改两个路径：$data_dir = "/GLDAS_data_path";
$results_dir = "/extracted_GLDAS_data_path";（根据自己的修改）
NOAHMP读取驱动数据的分变量读取，所以我们也分变量存储：在extracted_GLDAS_data_path文件夹中分别建立文件夹：mkdir Rainf/ Snowf/ Wind/ Tair/ Qair/ Psurf/ SWdown/ LWdown/ SWdown24/ Precip/  U/  V/ INIT/
    （7）初始场制作：extract_gldas_init.perl文件用于制作初始场，初始场需要以下几个要素：SWE,Canopint,AvgSurfT,SoilM,TSoil
将制作的初始场放在/extracted_GLDAS_data_path/INIT/中，备用。当然也可以用其他数据作为初始场，或者自己制作，目前我们的实时业务运行就是自己制作，同时同化土壤温湿度和积雪，这会大大提高准确度。需要指出的是GLDAS的土壤第四层是实际上是第一层。
    （8）风场制作：create_UV.perl脚本是专门针对地面风处理的，GLDAS只提供风速，所以可以设定U为风速，V设为0.改脚本和后续脚本都需要修改年月日。
    （9）降水制作：combine_precips.perl用于制作降水，fill_SSRD.perl用于制作辐射场。这三个（风，降水和辐射）比较特殊，所以不仅仅是提取就能够使用。
    （10）驱动数据制作好了终于（另外也可参考https://github.com/esmwg制作驱动），下面开始运行HRLDAS的前处理，进入到文件夹HRLDAS-v3.8/HRLDAS_COLLECT_DATA/run
在文件夹examples/GLDAS中有一个namelist.input.GLDAS文件,修改这个文件中的各个参数(根据需要哈）:给出部分：如下
STARTDATE         : start date of your simulation
ENDDATE           : end date of your simulation
DATADIR           : base directory for your GLDAS GRIB files (will be substituted in the paths below)
OUTPUTDIR         : where you want the forcing files to be placed
FULL_IC_FRQ       : set to 0 if you want initial conditions in the init file, -1 otherwise
RAINFALL_INTERP   : rainfall interpolation procedure ! 0=Nearest Neighbor; 1=more expensive, grid fill method
RESCALE_SHORTWAVE : set to .FALSE. for GLDAS
UPDATE_SNOW       : do you want to read in snow during the simulation?
FORCING_HEIGHT_2D : set to .FALSE. for GLDAS
TRUNCATE_SW       : set to .FALSE. for GLDAS
EXPAND_LOOP       : the number of loops to fill missing GLDAS data (e.g., soil over ocean). Set to at least 1 for GLDAS, may need to set higher if, for example, you have islands in your WRF grid that are not resolved by GLDAS.
INIT_LAI          : .true. to put LAI in the init file
VARY_LAI          : .true. to put time-varying LAI in the forcing files
MASK_WATER        : .true. to put missing values over water points (could reduce size if you compress later)


geo_em_flnm      = path and name of your geo_em file


Zfile_template     = template for your GLDAS terrain height file
LANDSfile_template = template for your GLDAS land-sea file
Tfile_template     = template for your GLDAS temperature file
Ufile_template     = template for your GLDAS u-wind file
Vfile_template     = template for your GLDAS v-wind file
Pfile_template     = template for your GLDAS pressure file
Qfile_template     = template for your GLDAS q file
LWfile_template    = template for your GLDAS longwave file
SWfile_primary     = template for your GLDAS primary shortwave file
SWfile_secondary   = template for your GLDAS secondary shortwave file
PCPfile_primary    = template for your GLDAS primary precipitation file
PCPfile_secondary  = template for your GLDAS secondary precipitation file
WEASDfile_template = template for your GLDAS SWE file (not necessary if you don't want initial conditions)
CANWTfile_template = template for your GLDAS canopy water file (not necessary if you don't want initial conditions)
SKINTfile_template = template for your GLDAS skin temperature file (not necessary if you don't want initial conditions)
STfile_template    = template for your GLDAS soil temperature file (not necessary if you don't want initial conditions)
SMfile_template    = template for your GLDAS soil moisture file (not necessary if you don't want initial conditions)
需要注意的是，GLDAS不需要包含二级文件夹SW华为precipitation，故而设置成同样的即可。
    （11）运行前处理： ./create_forcing.exe namelist.input.GLDAS,会生成你需要的LDASIN文件。
    （12）运行HRLDAS！！！！  进入HRLDS-v3.8/run文件夹，复制namelist到本地：cp examples/GLDAS/namelist.hrldas.GLDAS namelist.hrldas
    修改改文件信息，例如模拟的时段信息，noahmp的多参数化选项等等，不详述，大家可以去官网下载UG细研究。
    最后一步是运行模式了： mpirun -np 8 ./hrldas.exe
会生成OUTDIR文件夹，文件件中有你需要的土壤温湿度，蒸散发，积雪，径流深，风场等等数据（netcdf格式）。可视化该数据，评估等，需要各位自己弄吧，不细说了。附上一张我们的今天08时的积雪吧，我们是使用实时的CLDAS驱动场驱动多陆面模式，初始场是同化了欧空局ESA的雪水当量和土壤湿度和NASA的SMOPS土壤湿度，效果挺好，不喜勿喷。

tinalovelife

哇 难得一见的干货贴

andrewsoong

qqqqsy 发表于 2024-4-18 17:14
老师们，请问用CLDAS驱动模型，需要的输入的长波辐射如何获取

这个可以自己计算，也可以使用ERA5的，插值过去。

keenmisty

andrewsoong 发表于 2019-3-26 11:22
常博士，你跑那个模式？

我之前跑的是1.1版本的单点NoahMP，比较方便跟其他的冠层过程耦合，二维的更偏向水文过程。现在我基本上直接在WRF-Chem里直接改NoahMP的module因为嫌改2次麻烦

尽头的尽头

膜拜我的大神~~完全不知所云，还是搬砖算了

andrewsoong

尽头的尽头 发表于 2019-3-25 18:06
膜拜我的大神~~完全不知所云，还是搬砖算了

刘局啊，说的就跟你搬得动砖一样。

syl136

膜拜！！！！！！

尽头的尽头

andrewsoong 发表于 2019-3-25 18:23
刘局啊，说的就跟你搬得动砖一样。

我一回搬一块可以么

andrewsoong

尽头的尽头 发表于 2019-3-25 21:16
我一回搬一块可以么

那算了，你还是交给楼上的皮首席搬吧

尽头的尽头

andrewsoong 发表于 2019-3-25 21:41
那算了，你还是交给楼上的皮首席搬吧

皮首席只有宋首席能搞定~~~

yly257

感谢分享 膜拜下

随缘

好好好好好好好 好

暮雪千山

感谢分享！！