CMAQ(Mr.Hong)080328
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Transcript CMAQ(Mr.Hong)080328
2008년 3월 28일 자체 세미나
CMAQ (Community Multiscale Air Quality)
Introduction & Operation
발표자 : 홍성철
국립환경과학원 지구환경연구소
Global Environment Research Center
I
CMAQ Introduction
CMAQ 이란?
MCIP
SMOKE
JPROC
ICON
BCON
전처리 모델
화학수송
모델
CCTM
CMAQ의 특징
(1) 화학반응, 이류, 확산등에 대한 최신 이론을 반영
- 모듈화하여 사용자 선택 가능
(2) 모델링 영역의 다양성 (국지&지역규모)
(3) 황화합물, 오존, 에어로졸 예측 가능
CMAQ 구성
WRF/MM5
Meteorology Modeling
System
ACE-ASIA
Emission Data and
CAPSS Data
MCIP
Meteorology-Chemistry
Interface Processor
SMOKE
Emission-Chemistry
Interface Processor
Fundamentals of
Dynamics for CMAQ
Program Control
Processing
CMAQ Chemical Transport Model (CCTM)
ICON and BCON
Initial and Boundary
Condition Processors
Governing
Equation
Gas Phase
Chemistry
Transport
Algorithms
JPROC
Photolysis Rate
Processor
Plume-in-Grid
Treatment
Process Analysis
Cloud
Chemistry and
Dynamics
Aerosol
Chemistry and
Dynamics
Integration of Science Code into Model-3
Aggregation
MCIP3
Meteorology-Chemistry Interface Processor :
기상모델 OUTPUT DATA를 CCTM 수행에 필요한 입력 형태로 변환하는 과정
NAME
Description
APPL
실험명: output file name에 포함되어 작성됨
CoordName
Coordinate info. GRIDDESC file에 해당 이름으로 작성됨. Lambert conformal coordinate일 경우 앞의
LAM을, center의 위도와 경도순으로 이름을 작성.
GridName
Coordinate명.
InMetDir
MM5의 output data가 존재하는 directory 주소
OutDirr
MCIP 수행후 생성되는 file 저장 directory 주소
ProgDir
Compile후 생성되는 mcip 실행 file의 주소
WorkDir
WorkDir과 동일. 또는 run scripts가 존재하는 directory 주소
InMetFiles
MM5 output data명. directory까지 작성.
MCIP_START
MM5 output data의 시작 시간. UTC(GMT)로 기입.
MCIP_END
MCIP의 수행 마지막 시간. 마찬가지 UTC(GMT)로 기입
INTVL
MM5 output data의 output 작성 시간 interval.
JPROC
Photolysis Rates Processor :
화학반응에 관여하는 광해리 계수를 계산하여 CCTM에 입력하기 위한 과정
NAME
Description
APPL
실험명.
CFG
JPROC compile시 지정한 이름
STDATE
실험 시작하는 날짜. Julian day 사용
ENDATE
실험 종료 날짜. 마찬가지 Julian day
CSQYpath, PROFpath, ETpath, TOMSpath
광해리 original data가 존재하는 path
ETfile, PROFfile, O2ABSfile, O3ABSfile, TOMSfile
O2, O3, 분자 광해리율, 지표 조사율과 같은 data file 지정.
BCON
Boundary Conditions Processor :
CMAQ에서 결정되는 격자 영역의 외부에서 내부로 순환되는 오염물질을 계산 함
NAME
Description
APPL
실험명
CFG
Compile시 지정한 실행 file의 확장자
GRID_NAME
MCIP 수행시 지정한 GridName
GRIDDESC
MCIP 수행시 도출된 coordinate info. File
OUTDIR
BCON 수행후 도출될 output file 저장 directory
BC
profile. 제공하는 전지구 자료를 이용하여 boundary condition 도출.
m3conc. CMAQ을 수행한 결과값을 이용하여 boundary condition 도출
tracer. 수치적 수송 algorithm 평가를 위한 특이종 입력
BNDY_CONC_1
BCON의 output file name 지정.
DATE
적분 시작 날짜. Julian day
BC_PROFILE
BC=profile일 경우, 입력되는 전구 data file
CTM_CONC_1
BC=m3conc일 경우, larger domain에서 계산된 결과 file
RUNLEN
적분시간
시간 *10000+분*100+초로 기입
ICON
Initial Conditions Processor :
CMAQ 수행 전 모형 격자 내의 초기 농도 값을 설정해 주는 과정
NAME
Description
APPL
실험명
CFG
Compile시 지정한 실행 file의 확장자
GRID_NAME
MCIP 수행시 지정한 GridName
GRIDDESC
MCIP 수행시 도출된 coordinate info. File
OUTDIR
ICON 수행후 도출될 output file 저장 directory
IC
BCON의 BC와 동일
INIT_CONC_1
ICON의 output file name 지정.
DATE
적분 시작 날짜. Julian Day
IC_PROFILE
BC=profile일 경우, 입력되는 전구 data file
CTM_CONC_1
BC=m3conc일 경우, larger domain에서 계산된 결과 file
STIME
수정할 필요 없음. Default=000000
CCTM
Chemistry-Transport Mdel :
CMAQ 결과 도출 과정 (MPI 사용)
NAME
Description
APPL
실험명
CFG
Compile시 지정한 수행 file의 확장자
STDATE
적분 시작일. Julian day
STTIME
적분 시작 시간. UTC(GMT)
NSTEPS
적분 수행 시간. 시*10000+분*100+초
TSTEP
Output file 시간 interval. 시*10000+분*100+초
CTM_MINSYNC
최소 동화 시간. 초
AVG_CONC_SPCS
Interval 시간 동안 평균할 분자족
EMISpath, EMISfile
SMOKE에서 도출된 배출량
GC_ICpath, GC_ICfile
ICON에서 수행된 initial con. 자료
GC_BCpath, GC_BCfile
BCON에서 수행된 boundary con. 자료
METpath
MCIP에서 수행된 기상장 자료
JVALpath, JVALfile
JPROC에서 수행된 광해리 자료
CCTM : 고려되는 과정들 …
CCTM에서는 무엇이 고려되는가??
- 수평, 연직 이류 및 수평, 연직 확산
- 이류 작용에 의한 질량 보존
- 오염물 배출, 침적량 계산
- 가스 형태의 화학적 작용
- 액체상 재작용과 구름 혼합
- 에어로졸의 역학 열역학, 화학 작용 계산
- Plume의 화학작용
- 광해리율 계산
- Process analysis 수행
PARIO : CCTM 병렬 환경 설정
CMAQ : Flow chart…
Photolysis Rates
MM5 output
Grid information
MCIP3
Bounday Con.
ICON
Grid information
Initial Con.
BCON
JPROC
SMOKE
CCTM
Emission Data
II
CMAQ 때려잡기
CAMQ SET UP
http://www.cmascenter.org/html/models.html Download
Prepare the CAMQ source code and data
http://www.cmascenter.org/html/models.html Download
Register한 경우 로그인 후 CMAQ과 컴파일 fortran 설정하고 submit
M3MODELS.CMAQv4.6.tar
M3SCRIPTS.CMAQv4.6.tar
M3DATA.CMAQv4.6.tar
M3DATA_REF.CMAQv4.6.tar
Concurrent Versions System (CVS)
- http://ximbiot.com/cvs/cvshome
netCDF, I/O API Download
CAMQ SETUP
SETUP ENVIRONMENT VAEIABLES
CVS package & netCDF
CVS and netCDF before you install CMAQ
cvs-1.12.13.tar.gz
gunzip cvs-1.12.13.tar.gz
tar xvf cvs-1.12.13.tar
./configure –prefix=whatever your directory
make : source code compiles
make install
netcdf-3.6.0-p1.tar.Z
gunzip netcdf-3.6. 2.tar.Z
tar xvf netcdf-3.6.2.tar
./configure
make : compile and link
make test
make install
1. 머신 환경설정
2. 디렉토리 설정
3. Compiler
4. Library
5. OUT_directory
I/O API LIBRARY
CVS and netCDF before you install CMAQ
ioapi-3.0.tar
tar xvf ioapi-3.0.tar (CMAS website)
cd ioapi_3
cp Makefile.cocpl Makefile
make
CMAQ Compiling
Scripts folder (build, pario, pdm, procan, stenex)
bldit.m3bld
CMAQ Compiling
Scripts folder (build, pario, pdm, procan, stenex)
stenex
MPI 사용시 bldit.se.pgf
MPI 사용하지 않을 시 bldit.se_noop.pgf
set FC = pgf90 설치 디렉토리 설정
set INCL = MPI include 디렉토리 설정
CMAQ Compiling
Scripts folder (build, pario, pdm, procan, stenex)
Pario : parallel CCTM operation
set MPI = MPI 디렉토리 설정
set FC = pgf90 설치 디렉토리 설정
bld.pario.pgf
Procan : analysis output
bldit.pacp.pgf 수정 후 실행
run.pacp 실행
APPL : 실험명, CFG : compile시 지정한 이름명 수정
Pdm : plum dynamics Model (plum rise, transport, dispersion)
bldit.pdm.pgf : FC, IOAPI, NETCDF lib 설정
run.pdm : APPL, CFC, beginning date, time duration
III
CMAQ Operation
MCIP3 : Meteorology – Chemistry Interface
MM5 output data files의 MCIP처리에 필요한 option : user control
NAME
Description
CTMLAYS
연직 layer를 결정. Sigma 연직 level로 1.0부터 0.0까지 결정하며, 최대 50개
수정시 models/include/release/vcoord의 COORD_??L.EXT, VGRD_??.EXT의 수정, bcon과 icon의
rebuilding이 필요
LPBL
1. MM5 자료의 PBL값을 이용
2. PBL similarity를 이용하여 재계산
3. 지표 similarity만 이용하여 재계산
LRAD
1. MM5 자료의 radiation fields 값을 이용
2. MCIP ver.1 algorithm을 이용하여 재계산
LDDEP
1. RADM(Wesely)의 건성침착 routine 사용
2. Models-3(Pleim)의 건성침착 routine 사용
BTRIM
MCIP output 격자체계 설정.
-1. I0, J0, NCOLS,NROWS로 격자 설정
0. MM5의 maximum 격자 값을 사용
1~4까지 MM5 output data에서 boundary 격자 개수 설정
5. MM5의 lateral boundary 제거한 MCIP격자 생성
I0
MM5에서 좌하단 I0개수만큼 남북 방향으로 제거
J0
MM5에서 좌하단 J0개수만큼 동서 방향으로 제거
NCOLS
MCIP output data의 열 개수
NROWS
MCIP output data의 행 개수
MCIP3 : Meteorology – Chemistry Interface
MCIP RUN
vi Makefile
set FC = pgf90 설치 디렉토리 설정
FFLAGS, library path 설정
MCIP3 : Meteorology – Chemistry Interface
MCIP RUN
make 실행
mcip.exe 생성되면 compile 완료
vi run.mcip
directory and option choice
run.mcip & OUTPUT FILES
error가 없을 경우 OutDir path
GRIDBDY2D_*
GRIDCRO2D_*,
GRIDCRO3D_*,
GRIDDOT2D_*,
METBDY3D_*,
METCRO2D_*,
METCRO3D_*,
METDOT3D_*
GRIDDESC에서 설정된 grid information file
set APPL = TEST
set CoordName = LAM_38N126E
set GridName = KO_03_70X91
set InMetDir = $M3DATA/temp
OutDir, ProgDir, WorkDir 수정하지 않음
set InMetFiles = ( $InMetDir/MMOUT_DOMAIN1 )
LPBL, LRAD, LDDEP 수정하지 않음
set MCIP_START = YYYY-MM-DD-00:00:00.0000
set MCIP_END = YYYY-MM-DD-00:00:00.0000
set INTVL = 180
CTMLAYS 수정하지 않음
set BTRIM = -1
set I0 = 10
set J0 = 10
set NCOLS = 70
set NROWS = 91
BCON, ICON DATA
BC_PROFILE, IC_PROFILE
data/raw/bcon, icon 에 제공
bc_profile_v7.dat, bc_profile_v7h.dat
ic_profile_v7.dat, ic_profile_v7h.dat
v7의 경우 52개종, v7h의 경우 55개종의 성분
연직 6 levels, terrain following sigma coordinate
BCON : 동서, 남북 방향으로 분리
ICON : 평균 농도를 제공
radm2_to_cb05(Yarwood et al., 2005)
RADM2 종변화를 CB05 종변화로 변환
BCON : Chemical boundary conditions
BCON RUN
vi bldit.bcon.pgf
APPL, CFG 수정
ModInpt, ModMech, ModIcl의 module 설정
set Layers = MCIP 연직 level과 동일하게 적용
set Mechanism = 선택
set FC = pgf90 경로 수정
I/O API, netCDF library 경로 설정
bldit.bcon.pgf
error없을 경우 set MODEL= 에 지정한 실행 file 생성
BCON : Chemical boundary conditions
BCON RUN
BCON : Chemical boundary conditions
BCON RUN
vi run.bcon
APPL, CFG 수정
GRID_NAME, GRIDDESC, OUTDIR, BC
BNDY_CONC_1, DATE, BC_PROFILE, CTM_CONC_1
RUNLEN 수정
실행 후 M$DATA/bcon 디렉토리에 BCON_로 시작되는 파일 생성
set APPL = TEST
set CFG = e1a
setenv GRID_NAME KO_03_70X91
setenv GRIDDESC $M3DATA/mcip2/$GRID_NAME/GRIDDESC
OUTDIR 수정 않음
set BC = profile
setenv BNDY_CONC_1 “$OUTDIR/BCON_${APPL}_${GRID_NAME}_profile -v"
set DATE = YYYYDAY
BC_PROFILE, CTM_CONC_1 수정하지 않음
setenv RUNLEN 1680000
ICON : Chemical initial conditions
ICON RUN : bcon과 동일하게 수정 vi bldit.icon.pgf
ICON : Chemical initial conditions
ICON RUN
vi run.icon
APPL, CFG 수정
GRID_NAME, GRIDDESC, OUTDIR, IC
INIT_CONC_1, DATE, IC_PROFILE, CTM_CONC_1
RUNLEN 수정
실행 후 M$DATA/icon 디렉토리에 ICON_로 시작되는 파일 생성
set APPL = TEST
set CFG = e1a
setenv GRID_NAME KO_03_70X91
setenv GRIDDESC $M3DATA/mcip2/$GRID_NAME/GRIDDESC
OUTDIR 수정 않음
set IC = profile
setenv INIT_CONC_1 “$OUTDIR/BCON_${APPL}_${GRID_NAME}_profile -v"
set DATE = YYYYDAY
IC_PROFILE, CTM_CONC_1 수정하지 않음
JPROC : Photolysis rates
JPROC RUN
vi bldit.jproc
APPL, Mechanism 및 각 옵션 수정
pgf90, I/O API, netCDF path 지정
광해리율은 연직 고도, 온도와 압력에 따라 변함
대기 분자의 조성과 오존의 흡수에 따라 reaction 됨
이런 영향과 계절에 따른 온도와 압력을 고려한 dataset이 CMAQ에
서 제공됨
- 계산하는 방법으로는 5 개의 mechanism이 사용됨
JPROC : Photolysis rates
JPROC RUN
vi run.jproc
APPL, CFG, STDATE, ENDATE 설정
광해리 원본 file path 지정 $M3DATA/raw/phot
run.jproc
OUTDIR = JPROC_로 시작되는 파일 생성
CCTM : CMAQ chemistry-transport model
CCTM RUN
vi bldit.cctm.pgf
APPL, CGF, Mechanism 및 각 옵션 수정
MPI, Library path 지정
CCTM : CMAQ chemistry-transport model
CCTM RUN
vi run.cctm
APPL, CGF, STDATE, STTIME, NSTEPS, TSTEP
set
set
set
set
set
set
APPL = TEST
CFG = e2a
STDATE = YYYYDAY
STTIME = 000000
NSTEPS = 1680000
TSTEP = 010000
user path 수정 후 run.cctm 실행
$M3DATA/cctm 경로에 CCTM_로 시작되는 파일 생성
CCTM
module user choices !!
NAME
module
ModHadv
ModVadv
HodHdiff
ModVdiff
ModPhot
ModPing
ModChem
Description
option
hadv_noop
수평 이류 없음
hbot
수평 이류를 Bott Scheme을 사용하여 계산
hpp
Piecewise Parabolic Method
vadv_noop
연직 이류 없음
vbot
연직 이류를 Bott Scheme을 사용하여 계산
vppm
Piecewise Parabolic Method
hdiff_noop
수평 확산 없음
unif
표준 확산 계수 사용
multiscale
지역 바람 변화에 따라 확산 계수 계산
vdiff_noop
연직 확산 없음
eddy
Eddy 연직 열확산 이론에 의해 연직 확산 계산
phot_noop
광해리 계산 없음
phot
맑은 하늘과 구름 보정 요인으로 광해리율 내삽
ping_noop
PinG 계산 없음
ping_qssa
Internal QSSA 화학 계산으로 PinG 사용
ping_smvgear
Internal Gear 화학 계산
ping_mebi_cb4
Internal MEBI 화학 계산 (CB-IV에서만 사용)
mebi_bc4
CB-IV mechanism에 따라 MEBI solver 설정
mebi_radm2_cis4
RAMD2 mechanism에 따라 MEBI solver 설정
mebi_saprc99
SAPRC99 mechanism에 따라 MEBI solver 설정
ebi_cb4
CB-IV mechanism에 따라 EBI solver 설정
Continue
module
ModAero
ModAdepv
ModCloud
description
option
qssa
독립된 mechanism인 QSSA solver
chem_noop
기체상 화학 작용 없음
smvgear
독립된 mechanism인 성긴 벡터 행렬 계산을 활용한 Gear solver 이용
aero_noop
Aerosol 없음
aero2
The Regional Particulate Model에서 두가지 시스템의 aerosol 모델에서 도출
aero3
aero2를 제 2의 유기 aerosol과 황산화물, N2O5 processes와 ISORROPIA의 열물
리 모형으로 개선
aero_depv_noop
Aerosol 침착 없음
aero_depv1
두가지 예측된 aerosol moment를 기반으로 침착 계산
aero_depv2
세가지 예측된 aerosol moment를 기반
cloud_noop
구름 효과 가정 없음
cloud_radm
RADM 구름 모형
IV
향후계획
CMAQ 모델링 연구방향 토의
동북아 장거리 모델링 연구
동북아시아 지역 배출량 결정 (가능한 최신 자료로…)
예) Ace-Asia(2001), KANARI(2000)
배출량 자료를 CMAQ 입력자료로 포맷 변환
- ASCII DATA → netCDF DATA
동북아시아 지역 배출량 자료를 이용한 S-R 관계 도출 방법 적용
- EMEP 방법론 적용
항공기 관측 사례 모델링 수행(LTP, 1998년 배출량 사용)