地球系统模式(CESM)技术
目前通用地球系统模式(Community Earth System Model,CESM)在研究地球的过去、现在和未来的气候状况中具有越来越普遍的应用。CESM由美国NCAR于2010年07月推出以来,一直受到气候学界的密切关注。近年升级的CESM2.0在大气、陆地、海洋、海冰、陆冰、径流等几大模块以及一个中央耦合器(CIME)中都有较大更新,可以在不同的硬件平台上移植使用,尤其可以用于CMIP6的研究。
CESM2.0中CIME (Common Infrastructure for Modeling the Earth)为模式配置、编译和运行提供个例控制器。CAM大气模块加入CLUBB (Cloud Layers Unified by Binormals)计算边界层湍流活动、浅对流、云微物理,CLUBB是一个诊断湿湍流方案,它能计算联合高阶次网格垂直速度,水含量、液态水和位温,也可以计算次网格垂直通量;引入提高的二阶诊断云微物理方案(MG2),可以诊断计算降水包括雨、雪和凝结云。CAM化学模块(CAM6-chem)包括对流化学方案MOZART-T1;计算二次有机气溶胶(SOA)的VBS(volatility basis set)方案中耦合了对流化学方案,并一直在持续改进,到目前的CESM2.2.0中,实现了区域加密的MUSICA-V0,并增加了能直接配置运行MOZART-TS2 化学模块以及进行nudging等的compset(配置)。WACCM6与CAM6所有的物理参数化方案都相符,并且在中层和上层大气中增加了显著的新功能。为了从火山和非火山源气体中提供平流层气溶胶的代表,WACCM6延展了Modal Aerosol Module (MAM4)功能。CLM5.0版本主要改进了土壤和植被水文过程、积雪融雪动力过程、碳氮循环和耦合模拟以及植被模拟等主要动力过程,另外,模式引进了MOSART径流模型替换了 RTM,同时引进FATES生态演替模型以改进经典的动态植被模型(DGVM)。地下层数由CLM4.5中的15层增加到了CLM5中的25层,考虑了土壤厚度的空间变量。它从0.4到8.5m之间变化。此外,在海冰、陆冰等模块中都有较大的更新。新的CLM强迫资料为全球土壤湿度计划的第三阶段(GSPW3)开发。它也是仅限于陆面模拟的LS3MIP和LUMIP默认的资料。
该模式使用需要有极强的理论知识和计算机能力,许多使用者遇到了许多困难。
运行前的准备
CESM 运行的系统和软件环境
CESM需要什么运行环境
CESM2.0运行环境的搭建
Linux系统及编译基础
- Linux的基础知识及操作
- Linux编译的基础及操作示例
- 基于Make 和CMake的编译体系
CESM基础
- CESM的几大功能模块
- CESM2.0的基础知识
获取 CESM程序代码,CESM文件夹结构及各自功能
- 获取最新或特定版本的 CESM 代码
- 讲解 CESM文件夹结构作用
CESM 运行环境的准备,编译、安装及运行
- 检查并完善CESM 运行所需环境及软件
- 针对特定服务器环境的 CESM Machine File 修改
- 创建一个简单的 case,并编译运行这个 case
CESM 运行的配置文件详解,运行所需数据文件制备
- 创建 CESM case时各选项及其意义
- 运行配置文件namelist 的详解,常用选项选择及其意义
- 运行 CESM 所需数据文件结构及数据文件制备方法及程序
- 根据研究内容熟练创建 CESM case 并运行 CESM
熟练掌握 CESM 单模块运行的 case 创建、文件准备及运行-以CLM为例
- 创建CLM单点或区域模式的方法
- 单点及区域运行所需文件的制备
- 单点及区域模式的运行
熟练掌握 CESM 部分模块耦合运行的 case 创建、文件准备及运行
- 部分耦合的原则
- CAM+CLM 实例的创建及运行
- CAM的拓展——CAM-chem、WACCM
熟练掌握 CESM 全耦合运行的 case 创建、文件准备及运行
- 全耦合运行的注意事项
- 全耦合实例的创建及运行
熟练掌握 CESM输出结果文件结构、变量意义、变量选择以及结果分析-以CLM为例
- 创建单点或区域模式的方法
- 单点及区域运行所需文件的制备
- 单点及区域模式的运行
了解 CESM代码的结构、主要模块的组成、Fortran程序的修改
- 了解 CESM 主要的代码结构
- 了解 CESM 几大模块的组成及相应的程序位置
- 根据需要修改代码,编译运行
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