一种多模式空气质量预报业务化方法技术

本发明专利技术公开了一种多模式空气质量预报业务化方法，包括如下步骤：S1：每日定时获取GFS全球数值预报数据；S2：将获取GFS全球数值预报数据实现WRF模式运行；S3：基于MEIC清单或本地化清单，编写并调用自动化脚本，集成WRF

【技术实现步骤摘要】
一种多模式空气质量预报业务化方法


[0001]本专利技术属于涉及计算机学科和环境学科交叉领域，具体涉及一种多模式空气质量预报业务化方法。

技术介绍

[0002]大气环境污染加剧引起了一系列社会问题，精准的空气质量预报作为有效应对空气污染的重要前提，能够为空气质量管理措施的实施提供可靠数据支撑。此背景下，使用高效系统的空气质量模型是目前进行空气质量预测的主要方式。空气质量数值预报模式可以提供网格化空气质量预报，但由于现阶段模式中初始场、驱动气象场、气溶胶的排放和生命周期中物理化学过程的不确定等因素，单个模式预报的污染物浓度和观测之间存在较大误差，采用多模式集成方法能够有效使用各数值模式的预报产品，是减少模式系统偏差的一种有效途径。
[0003]在多模式空气质量预报实际应用中，因其涉及理论较多、程序结构复杂，导致使用门槛高，且模型各部分执行相对零散，错误率高。基于此，本方法在熟练掌握模型运行流程和原理的条件下，将参数提取出来作可配置处理，通过业务化脚本将多个模式运行流程中分散的部分串联起来，做到“简单配置、一键运行”，实现多数值模型的易配置、易操作，在实现多模式空气质量预报的基础上降低了模型的使用门槛。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是提供一种多模式空气质量预报业务化方法，针对空气质量模型使用门槛高这一难点。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种多模式空气质量预报业务化方法，包括如下步骤：
[0007]S1：每日定时获取GFS全球数值预报数据；
[0008]S2：将获取GFS全球数值预报数据实现WRF模式运行；
[0009]S3：基于MEIC清单或本地化清单，编写并调用自动化脚本，集成WRF
‑
chem、CMAQ和CAMx模型清单的处理程序，约定运行参数，将排放清单转换为对应格式供模型使用；
[0010]S4：编写自动化脚本，实现对模式运行流程及后处理各模块中自动化脚本的集成调用，驱动WRF
‑
chem模型、CMAQ模型和CAMx模型运行。
[0011]作为对上述技术方案的改进，所述GFS全球数值预报数据来自NCEP数据服务器，通过shell的wget命令自动下载后完成初始场资料的获取。
[0012]作为对上述技术方案的改进，所述WRF模式使用ARW模式。
[0013]作为对上述技术方案的改进，WRF模式分为预处理模式(WPS)和数值计算模式(WRF ARW),其中WPS包含geogrid、ungrib、metgrib模式，WRF ARW至少包含real。
[0014]作为对上述技术方案的改进，实现WRF模式自动化运行的方法是
[0015](1)编写C
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shell脚本运行geogrid程序，确定模拟区域并把静态地形数据插值到
格点，并将geogrid程序执行所需环境、数据封装好，供业务化程序调用；
[0016](2)编写ungrib自动化执行脚本，实现基于初始气象场对应格式的Vtable链接后使用link_grib.csh文件将初始气象场数据连接到WPS路径下，随即执行ungrib.exe程序，完成从初始气象场中提取出WRF需要的气象要素；
[0017](3)编写metgrid.exe自动化执行脚本，将提取出的气象要素场水平插值到由geogrid确定的网格点上，输出气象和地形插值后结果文件；
[0018](4)编写自动化脚本运行real程序，将metgrid生成的数据垂直插值到sigma坐标中，并输出WRF主程序的初值条件和边值条件；
[0019](5)执行WRF程序，得到wrfout结果文件；
[0020]作为对上述技术方案的改进，所述WRF
‑
Chem清单处理中WRF
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Chem清单数据集分为人为排放、生物质排放和生物质燃烧排放。其中人为排放可使用prep_chem_src工具处理，生物质排放一般使用MEGAN处理，生物质燃烧排放可以使用prep_chem_src或者FINN处理。在此步骤中编写自动化脚本，基于本地化清单或者国家清单，自动完成三类排放的处理，供模型业务化系统调用。
[0021]进一步地，步骤所述中CMAQ模型自动化运行具体步骤包括：
[0022](1)编写MCIP自动化脚本，实现从WRF气象模式的输出文件中提取指定CCTM水平网格区域信息后加工处理CCTM模块和污染源排放模型所需的全部气象文件，接着使用简单对流差分格式为积状云计算云顶、云底、水含量和云层覆盖范围，最终输出NetCDF格式的文件作为SMOKE和CMAQ的输入文件，脚本可供模型业务化程序调用；
[0023](2)编写自动化脚本运行icon和bcon模块，实现要模拟的化学物种的浓度文件的读取和化学机理的处理，为CCTM模块提供初边条件的输入，脚本可供模型业务化程序调用；
[0024](3)编写可供模型业务化程序调用的自动化脚本运行CCTM，整合前处理程序(JPROC,BCON,ICON和MCIP)的输出结果以及为CMAQ准备的排放输入参数(如SMOKE的输出)，用以模拟连续的大气化学条件，在用户可定义时间频率下可得到相关物种的模拟浓度作为输出数据。输出文件均为大气污染信息的二进制NetCDF文件，包括瞬时的和小时平均浓度文件、干湿沉降文件以及能见度估计值的结果文件，同时可以输出包括气溶胶和云的诊断文件和过程分析文件；
[0025](4)编写CMAQ业务化运行脚本，调用MCIP、CCTM等模块的自动化脚本，加上后处理程序，实现CMAQ的业务自动化模拟。
[0026]进一步地，步骤4所述的CAMx模型自动化运行具体步骤包括：
[0027](1)编写WRFCAMx自动化脚本，实现WRF气象场数据的读取和转换，转换后的气象数据作为CAMx和清单处理模型的输入。
[0028](2)编写初边条件模块(ICBCPREP)自动化脚本，该模块为CAMx提供简单的初始和侧边界条件，这些值在空间和时间上是恒定的，但是对于每个需要模拟的化学物质可能需要指定的值，这些值在文本文件中定义。
[0029](3)编写自动化脚本运行O3MAP，处理经纬度文本格式的臭氧柱浓度文件，实现CAMx的臭氧柱浓度文件输入准备。
[0030](4)编写自动化脚本运行光解速率处理模块(TUV模块)为CAMx提供光化学机理中的清洁天空光解速率输入文件。
[0031](5)调用清单处理模块的自动化脚本，可以将SMOKE和其他排放清单工具生成的排放文件转化为与CAMx相匹配的二进制文件，还可以将地表排放整合到更粗分辨率或分配到更细分辨率，供不同的模拟情景使用；
[0032](6)调用WRFCAMx、O3MAP等模块的自动化脚本，加上后处理程序，实现CAMx的业务自动化模拟。
[0033]与现有技术相比，本专利技术具有的优点和积极效果是：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多模式空气质量预报业务化方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：每日定时获取GFS全球数值预报数据；S2：将获取GFS全球数值预报数据实现WRF模式运行；S3：基于MEIC清单或本地化清单，编写并调用自动化脚本，集成WRF
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chem、CMAQ和CAMx模型清单的处理程序，约定运行参数，将排放清单转换为对应格式供模型使用；S4：编写自动化脚本，实现对模式运行流程及后处理各模块中自动化脚本的集成调用，驱动WRF
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chem模型、CMAQ模型和CAMx模型运行。2.根据权利要求1所述的多模式空气质量预报业务化方法，其特征在于：所述GFS全球数值预报数据来自NCEP数据服务器，通过shell的wget命令自动下载后完成初始场资料的获取。3.根据权利要求1所述的多模式空气质量预报业务化方法，其特征在于：所述WRF模式使用ARW模式。4.根据权利要求1所述的多模式空气质量预报业务化方法，其特征在于：WRF模式分为预处理模式(WPS)和数值计算模式(WRFARW),其中WPS包含geogrid、ungrib、metgrib模式，WRFARW至少包含real。5.根据权利要求4所述的多模式空气质量预报业务化方法，其特征在于：实现WRF模式自动化运行的方法是：S201、编写C
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shell脚本运行geogrid程序，确定模拟区域并把静态地形数据插值到格点，并将geogrid程序执行所需环境、数据封装好，供业务化程序调用；S202、编写ungrib自动化执行脚本，实现基于初始气象场对应格式的Vtable链接后使用link_grib.csh文件将初始气象场数据连接到WPS路径下，随即执行ungrib.exe程序，完成从初始气象场中提取出WRF需要的气象要素；S203、编写metgrid.exe自动化执行脚本，将提取出的气象要素场水平插值到由geogrid确定的网格点上，输出气象和地形插值后结果文件；S204、编写自动化脚本运行real程序，将metgrid生成的数据垂直插值到sigma坐标中，并输出WRF主程序的初值条件和边值条件；S205、执行WRF程序，得到wrfout结果文件。6.根据权利要求1所述的多模式空气质量预报业务化方法，其特征在于：WRF
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Chem清单处理中WRF
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Chem清单数据集分为人为排放、生物质排放和生物质燃烧排放；其中人为排放使用prep_chem...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓顺强，张小意，胡龙平，王梦佳，
申请(专利权)人：上海地听信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：