A CMAQ-SMOKE-WRF modellrendszer bemutatása PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK GYAKORLAT FEBRUÁR 26. LÁZÁR DÓRA III. ÉVES PHD HALLGATÓ, KDI PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 1

Tartalom  Bevezetés  Modell rendszer bemutatása  Modellek:  WRF  CMAQ  SMOKE  Modell rendszer felépítése  Bemenő adatok  Gyakorlati feladat: konkrét eset lefuttatása  Kapott adatok megjelenítése?  Összefoglalás PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 2

Bevezetés  Levegőminőség fontossága  Egészségügyi probléma  Környezet  Szmog  Terjedési modellek:  Fáklya modellek  Forward – backward modellek  Előrejelzési modellek  ELTE ATLASZ szerverén → CMAQ – SMOKE – WRF modellrendszer kialakítása  Készülő kézikönyv → PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 3 Felhasználónév: LADQAAT (kicsi!) Jelszó: LDora1989

Modellek CMAQ (Community Multiscale Air Quality) modell:  Többléptékű Közösségi Levegőminőségi modell  3D Euler típusú levegőkémiai terjedési modell  Alegységekből, modulokból áll  Kapcsolatot teremt:  meteorológia  kémiai átalakulások,  emissziós források,  átalakulási folyamatok  Felhasználható:  Por (PM10, PM2.5), ózon, toxikus levegő összetevők koncentrációjának, terjedésének és ülepedésének szimulálása PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 4 Felhasználónév: LADQAAT (kicsi!) Jelszó: LDora1989

Modellek SMOKE (Sparse Matrix Operator Kernel Emissions) modell:  Regionális emissziós modell  Amerikai Környezetvédelmi Ügynökség (EPA – Environmental Protection Agency) fejlesztette és felügyeli ( )  Felhasználási lehetőségek:  Emissziós bemeneti adatok meghatározására  Emissziós vizsgálatokra  Emissziós adatok előállítása (éves, országos szintű bemeneti adatok) PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 5

Modellek: GEOS-Chem (Goddard Earth Observing System - Chemical) modell:  Globális modellbe beágyazott 3D rácshálózaton futtatott globális skálájú kémiai transzport modell → különböző vegyületek szimulációs modellezése  Az eredeti hivatalos verziót az amerikai NASA Earth Science Division és a kanadai National Science and Engineering Research Council fejlesztették (  Használható:  Légkörben lejátszódó kémiai transzport folyamtok, átalakulások  Kutatási és oktatási célokra  Felhasználjuk:  Kezdeti és peremfeltételek előállítása  Pontos terjedési számítások a CMAQ modellel kombinálva PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 6

Modellek WRF (Weather Research and Forecasting) modell:  Időjárás kutató és előrejelző modell → kutatás és operatív előrejelzési feladatok  Az NCAR (Nemzeti Légkör Kutató Központ), a NOAA (USA Nemzeti Óceáni és Meteorológiai Szolgálat) és több egyetem, kutatóintézet fejleszti (  Használható:  Légkörfizikai, parametrizációs kutatás  Valós-idejű numerikus időjárás előrejelzés  Adatasszimiláció  Regionális klímavizsgálatok  Felhasználjuk:  Csatolt levegőkémiai alkalmazás  Meteorológiai bemenő adatok szolgáltatása PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 7

Felépítése PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 8 Felhasználónév: LADQAAT (kicsi!) Jelszó: LDora1989 WRF SMOKE GEOS- Chem

2015. október 8.VI. KKSZ, TATA 9 Beállítások Területi beállítások: 3 domain (WRF, SMOKE, CMAQ)  108 x 108 km rács: Európa  36 x 36 km rács: Kárpát-medence  12 x 12 km rács: Magyarország Időpont: szeptember UTC – szeptember UTC Parametrizációs beállítás: cb05tucl_ae6_aq (2005 Carbon Bond mechanism with updated toluene chemistry) Cb05: 2005 „szén-kötés”, tucl: toulol+klór kémia, ae6: 6. generációs aeroszol kémia, aq: víz és felhő kémia Felhasználónév: LADQAAT (kicsi!) Jelszó: LDora1989

2015. október 8.VI. KKSZ, TATA 10 Alkalmazott kémiai séma CB05 mechanizmus + frissített toluol kémia + homogén hidrolízis + sebességi együtthatók N 2 O 5 -nak + klór (Cl) kémiai CB05 mechanizmus: 51 tag és 156 reakció egy sűrített mechanizmus: légköri oxidáns kémia  biztos alap a számítógépes modellezési vizsgálatoknak: ózon, a szálló por (PM), a láthatóság, savas ülepedés és a levegő mérgező anyagok Sebességi állandók alapján frissítve ( ) IUPAC és a NASA az értékeléseket:  A kiterjesztett szervetlen reakció indul meg a városi távoli troposzférában  NO x újrahasznosítási reakciók, hogy képviselje a NO x többnapos alakulását.  Explicit szerves kémiában: metán (CH 4 ) és etán (C 2 H 6 ) Ózon (O 3 ) napi alakulásának(ppb) összehasonlítása CB05TUCL, RACM2 és mért adatokkal O 3,NO ésNO 2 eredmények (ppb) összehasonlítása 1 atm nyomáson és 298 K hőmérsékleten Felhasználónév: LADQAAT (kicsi!) Jelszó: LDora1989

Egy – két reakció PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 11 Felhasználónév: LADQAAT (kicsi!) Jelszó: LDora1989

Bemenő adatok Bemenő adatok: 1)Meteorológiai adatok  WRF telepítése, további paraméterek beállítása a Registry fájlban  WRF adatok sikeres letöltése és futtatása  MCIP (Meteorology-Chemistry Interface Processor) programmal rendezni a SMOKE és CMAQ számára az adatokat 2)Emissziós adatok  Emissziós adatbázis kiépítése 3)Kezdeti és peremfeltételek  GEOS-chem lefuttatása a teljes kémiai szimulációval adott napra  Python scripttel rendezni az adatokat PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 12 Felhasználónév: LADQAAT (kicsi!) Jelszó: LDora1989

Gyakorlati feladat: Futtassuk le a modelleket és jelenítsük meg őket! 1)WRF lefuttatása az adott időszakra a)WPS futtatása b)WRF futtatása 2)Meteorológiai adatok rendezése a)Meteorológiai adatok átmásolása és MCIP beállítása b)MCIP lefuttatása 3)GEOS-Chem lefuttatása a)Modell beállítása b)Modell futtatás 4)Kezdeti és peremfeltételek rendezése a)Adatok PC-re való másolása és python script futtatása 5)SMOKE futtatása 6)CMAQ futtatása 7)Adatok megjelenítése PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 13 Felhasználónév: LADQAAT (kicsi!) Jelszó: LDora1989

1.WRF lefuttatása az adott időszakra a.) WPS futtatása  Belépni a cd WPS paranccsal a mappába majd a namelist.WPS filet módosítani start_date = ' _00:00:00',' _00:00:00',' _00:00:00', end_date = ' _00:00:00',' _00:00:00',' _00:00:00', interval_seconds = 10800,  WPS futtatása./geogrid.exe./ungrid.exe./metgrib.exe PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 14

 Belépni a cd WRFV3/run paranccsal a WRF mappába és a namelist.input fájlt beállítani run_days = 0, run_hours = 24, run_minutes = 0, run_seconds = 0, start_year = 2012, 2012, 2012, start_month = 09, 09, 09, start_day = 22, 22, 22, start_hour = 00, 00, 00, start_minute = 00, 00, 00, start_second = 00, 00, 00, end_year = 2012, 2012, 2012, end_month = 09, 09, 09, end_day = 23, 23, 23, end_hour = 00, 00, 00, end_minute = 00, 00, 00, end_second = 00, 00, 00, interval_seconds =  WPS-ben létrehozott met_em.d0* file-ok linkelése ln –sf../../WPS/met_em.d0*.  WRF futtatása./real.exe./wrf.exe PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 15 1.WRF lefuttatása az adott időszakra b.) WRF futtatása

2.Meteorológiai adatok rendezése a.) Meteorológiai adatok átmásolása és MCIP beállítása  Adatok másolása cp WRFV3/wrfout_d01_ _00:00:00 CMAQv5.0.1/data/mcip/wrfout/wrfout_d01_ _00:00:00 cp WRFV3/GRIDDESC /CMAQv5.0.1/data/mcip/wrfout/GRIDDESC cp WPS/geo_em.d01.nc /CMAQv5.0.1/data/mcip/terrain/geo_em.d01.nc PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 16

2.Meteorológiai adatok rendezése b.) MCIP futtatása  A namelist.mcip fájl beállítása file_gd = "/users/ladqaat/CMAQv5.0.1/data/mcip/output/GRIDDESC" file_hdr = "/users/ladqaat/CMAQv5.0.1/data/mcip/output/mmheader.My_Run" file_mm = "/users/ladqaat/CMAQv5.0.1/data/mcip/wrfout/wrfout_d01_ _00:00:00", file_ter = "/users/ladqaat/CMAQv5.0.1/data/mcip/terrain/geo_em.d01.nc" mcip_start = " :00: " mcip_end = " :00: " intvl = 60  MCIP futtatása./run.mcip PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 17

3.GEOS-Chem lefuttatása a.) Modell beállítása  A cd GEOS-Chem/UT/perl parancs után a geos.input beállítása %% SIMULATION MENU %% : Start YYYYMMDD, HHMMSS : End YYYYMMDD, HHMMSS : %% OUTPUT MENU %% : =ZERO+2=BPCH Schedule output for SEP : %% ND49 MENU %% : Turn on ND49 diagnostic : T Inst 3-D timeser. file : tsYYYYMMDD.bpch Tracers to include : PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 18

3.GEOS-Chem lefuttatása b.) Modell futtatása  HEMCO beállítása a HEMCO_Config.rc fájlban ROOT: /h/mnt/user03/project/cmaq/GEOS- Chem/Code.v10-01/HEMCO Logfile: HEMCO.log DiagnPrefix: HEMCO_diagnostics DiagnFreq: End ### END SECTION SETTINGS ###  Modell futtatása./geos > geos.log PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 19

4.Kezdeti és peremfeltételek rendezése a.) Adatok PC-re való másolása és python script futtatása  PseudoNetCDF python script telepítése sudo python setup.py paranccsal  Met és nd49 mappa létrehozása a script könyvtárban, tsYYYYMMDD.bpch fájl másolása a nd49 könyvtárba, metbe pedig a MCIP outputok  A pncglobal2cmaq.py script lefuttatása pncglobal2cmaq.py nd49/ts bpch --METBDY3D met/METBDY3D_Europe108km --METCRO3D met/METCRO3D_Europe108km --mapping=mappings.json --outifolder=icon/ --outbfolder=bcon/ PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 20

5.SMOKE futtatása  Assings fájl másolása és beállítása a smoke/subsys/smoke/assigns mappában setenv INVOP Europe, EPI_STDATE , G_STDATE , G_STTIME , G_TSTEP 10000, G_RUNLEN , ESDATE ,MSDATE ,NDAYS, MDAYS 1,YEAR 2012  A főkönyvtárban a futtatas_smoke.csh másolása cp futtatas_smoke.csh futtatas_smoke_[sajátnév].csh  chmod +x paranccsal jogosultságot adni neki chmod +x futtatas_smoke_[sajátnév].csh  A futtatas_smoke_[sajátnév].csh beállítása setenv fut [sajátnév] #a saját futtatásunk neve  Smoke futtatása a./futtatas_smoke_[sajátnév].csh paranccsal PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 21

6.CMAQ futtatása  CCTM script másolása saját névvel és módosítása setenv CFG CMAQ-[sajátnév], SDATE,EDATE  A főkönyvtárban a futtatas_cmaq.csh másolása cp futtatas_cmaq.csh futtatas_cmaq_[sajátnév].csh  chmod +x paranccsal jogosultságot adni neki chmod +x futtatas_cmaq_[sajátnév].csh  A futtatas_cmaq_[sajátnév].csh beállítása setenv fut [sajátnév] #a saját futtatásunk neve  Smoke futtatása a./futtatas_cmaq_[sajátnév].csh paranccsal PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 22

Kimenő adatok megjelenítése  Különböző netCDF megjelenítő szoftverek vannak (ncview, grADS, GAMAP, NCAL)  VERDI megjelenítő szoftvert a CMAS fejlesztette ki  Unix és Windows felületre is  Unix: Letöltés, kicsomagolás, verdi.sh beállítása és futtatása  Windows: Verdi.exe elindítása  Fájl megnyitása után a kiválasztott szennyező anyagot a Fast Tile plot gombbal egyszerűen megjeleníthetjük  Különböző ábrázolási és statisztikai beállítások lehetségesek  Megjelenítés: oszlop és vonal diagram, scatter diagram (x-y diagram), vertikális profil, vektoros ábrázolás, animáció, 3D-s vertikális profil  Statisztikai: minimum, maximum, átlag, mértani közép, medián, alsó és felső kvartilis, szórás, kofficiens, range, interkvartilis range, minimum időlépcsőnként, maximum időlépcsőnként PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 23 Felhasználónév: LADQAAT (kicsi!) Jelszó: LDora1989

Köszönöm szépen a figyelmet! PC-N FUTTATHATÓ NUMERIKUS ELŐREJELZÉSI MODELLEK 24