WRFのダウンロードから実行まで

WRF : WEATHER RESEARCH AND FORECASTING MODELの略
領域気候モデル(Regional Climate Model)の一種で，米国NCARにより開発された気象モデル
以前は一つ前の世代のMM5が使用されてきたが，近年ではWRFが主流となっている．

①WRFのダウンロードの前に・・・
　自分のPCの環境を整えておく必要がある．
　今回の環境はUbuntu18.04LTSのＰＣで行う．
　・gfrortran
　・m4
　・mpich（並列計算は行わないがインストールした）
　・libpng-dev
　・libjasper-dev（libpngと合わせて一つ前の記事に詳細を記述）
　・ncl-ncarg
　・libnetcdff-dev
　・netcdf-bin
　・ncview（地形データの確認にあると便利）
　　等を準備した．勿論，netcdfの環境も実装済み（重要！）

＊PCのNETCDFのPAThの関係上，事前にnetcdf-fortran内に/usr/local/libと/usr/local/includeのシンボリックリンクを貼りつけた．libnetcdfやnetcdf.incの場所がWRFコンパイルの際に必要となるため．

②WRFのソースをダウンロードする．
　https://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/
　ページ内のdownloadタブをクリックすると，”New Users” “Returning Users”があるため，
　該当する方を選択．登録をしていない場合は，メールアドレスを登録すれば今後は
　returning userとして入ることができる．

　今回は，以下のファイル達をダウンロードした．
　WRF-4.1.tar.gz
　WPS-4.1.tar.gz
　geog_high_res_mandatory.tar.gz

　それぞれ解凍すると
　WRF-4.1
　WPS-4.1
　WPS_GEOG
　ができる．

③WRF本体のコンパイル
　最初にWRF本体のコンパイルからスタートする．
　これが最初にして最大の難関

cd WRF-4.1
./configure

　と打つと，数字と文字によりconfigureの際の設定に関する選択肢が表示される．
　どのコンパイラを使うか，どのような条件でWRFを回すかなど
　今回は，32（gfortran, serial）を選択し，nestingの有無については1 (basic)を選択

　無事にconfigureが成功すると，configure.wrfができる．
　ここで，220行目あたりのLIB_EXTERNALの行にnetcdfのPATH/libの後ろに”-lnetcdff”
　が記述されてない場合は記述する．
　また，私の場合は，180行目あたりのRRMTG～の行も削除した．　

./compile em_real

　無事にコンパイルができるまでコーヒーでも飲みながら待機（結構時間がかかる）
　できていればsuccessfulの表示が出る

④WPSのコンパイル
　続いてWPSのコンパイルを行う．
　前回の記事でも書いた通り，ungrib.exeのためにlibjasperとlibpngが必要となる

cd WPS-4.1
./configure

　自身の設定に合わせて数字を選択．今回はgfortran, serialなので1を選択
　成功すればconfigure.wpsができる．
　configure.wps内の48行目あたりの-L$(NETCDF)/lib -lnetcdf の後に-lnetcdff
　がなければ書き足す．

./compile

成功すれば，
ungrib.exe
geogrid.exe
metgrid.exeができる．

ungrib.exe : gribデータの処理に必要（NCEPのデータ等）
geogrid.exe : 地形データの作成に必要（WPS_GEOGのデータを使用して地形を作成する）
metgrid.exe : 3つの中で最後に行う．（入力する気象データを整理を行う）

⑤実際にWRFによる計算を行う準備
　ここでの処理はすべてWPS-4.1内で行う
　test計算のために，2020/06/10 18:00UTC～2020/0616 18:00UTCの期間の
　NCEP FNLデータをダウンロードした．
　これをfnlディレクトリにまとめてWPS-4.1内に置く（WPS-4.1/fnl/*.grib2）
　今回はこのデータを使って近畿地方における計算を行う．

　計算に関する設定はnamelist.wpsで行う．
　いくつか重要な行について説明する

max_dom = 最大ドメイン数（今回の２）
start_date = ドメイン1の計算開始時刻，ドメイン2の計算開始時刻
end_date = ドメイン1の計算終了時刻，ドメイン2の計算終了時刻

＊＊ドメインが3つある場合は，3列目にも記述＊＊

interval_seconds = 計算に利用するデータに合わせる（NCEP FNLなら6h = 21600s）

&geogrid
parent_id = 1, 1,   親ドメインの番号
parent_grid_ratio = 1, 3, 親ドメインと子ドメインの比率．ここでは1:1/3
i_parent_start = 1, 33, 
j_parent_end = 1, 33, 子ドメインの左下点(i,j)を親ドメインのどこに置くかの設定
e_we = 100, 100, ドメイン１とドメイン２の格子数（東西方向）
e_sn = 100, 100, ドメイン１とドメイン２の格子数（南北方向）

dx = ドメイン１のx方向の格子間隔（単位はm）
dy = ドメイン１のy方向の格子間隔（単位はm）

ref_lat = 地形の中心となる緯度
ref_lon = 地形の中心となる経度

namelistの記述が整い次第，

./geogrid.exe

　を入力し，地形データ（geo_em.d01.nc, geo_em.d02.nc）を作成する．
　ここでncviewなどで地形データを確認して，不満があればnamelistを編集する

　地形データの次は，ungribに移行する
　ungribでは先ほどダウンロードしたfnlデータを指定する

./link_grib.csh gribデータのPATH
ln -s ungrib/Variable_Tables/Vtable.GFS Vtable
./ungrib.exe

　これによりFILE:YYYY-MM-DD_HHが生成
　この作業では全球のデータから必要な領域のみを抽出している

　最後に

./metgrid.exe

　により，met_em.d01.YYYY-MM-DD_HH:00:00:00.ncが生成される

⑥実際にWRFの計算を行う
　作業ディレクトリをWRF-4.1/run/に移動
　WPSでのnamelistと同じになるようにnamelist.inputを編集
　いくつか重要な項目のみを抜粋して説明する

history_interval = 60, 10, 
frames_per_outfile = 1, 1,
ドメイン1は60分に1つ，ドメイン2は10分に1つファイルをoutput

&domainds
time_step = 15, 計算のタイムステップ
p_top_requested = 5000, (単位はPa)

num_metgrid_levels = 34,
num_metgrid_soil_levels = 4, 
この2つは入力するファイル（ここではFNL）によって決定

dx = 4500, 1500, 
dy = 4500, 1500, 
ドメイン1とドメイン2の格子サイズ
4500/3 = 1500の関係

parent_id = 0, 1, 2,
親ドメインのid
最も外側のドメインのidは0

&physics
各種物理過程のオプション
詳細はWRFのUSERS GUIDEを参照

&fdda
ナッジングのオプション
詳細はWRFのUSERS GUIDEを参照

namelistの編集後

ln -s ../../WPS-4.1/met_em.* .
./real.exe

これにより側面境界（wrfinput_d01, wrfbdy_d01）を作成

無事に境界条件が作成された後

./wrf.exe

wrfout_d01_YYYY-MM-DD_HH:00:00:00が生成される

これによりWRFが計算できる．

参考にしたサイト
https://sites.google.com/site/afcwrf/home/install
http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/multi-sphere/cloud/kawasima/WRF/wrf.html
https://qiita.com/H1r0ak1Y0sh10ka/items/a1d60768d15663e16e25
http://adachi-ucm.sakura.ne.jp/tips/WRF.html
https://www.mmm.ucar.edu/wrf-user-support-contributor-information