【WRF-Chem第二期】WRF-Chem有关 namelist 详解

发布于：2025-07-29 ⋅ 阅读:(34) ⋅ 点赞:(0)

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本博客详细介绍 WRF-Chem有关 namelist 选项。

namelist 选项：chem_opt 的选择

chem_opt 是什么？

  • chem_opt 是 namelist 中控制 化学机制与气溶胶模块 的核心参数。
  • 它决定了所使用的化学反应机制（如 RADM2、CBMZ、RACM）和气溶胶模块（如 MADE/SORGAM、MOSAIC、VBS）。

⚠️ 使用建议：

  • 红字标注的选项表示尚未完全测试，不推荐使用。
  • 建议选择开发者常用和测试过的组合，如：
    • chem_opt = 2（RADM2 + MADE/SORGAM）
    • chem_opt = 7 或 8（CBMZ + MOSAIC）
    • chem_opt = 43（RACM + VBS + KPP）

chem_opt 参数选项汇总表

chem_opt 描述 额外说明
0 无化学过程 仅气象模拟
1 RADM2 化学机制，无气溶胶 –
2 RADM2 + MADE/SORGAM 气溶胶 推荐使用
5 CBMZ + DMS –
6 CBMZ，无 DMS –
7 CBMZ + MOSAIC（4 bins） 推荐
8 CBMZ + MOSAIC（8 bins） 推荐
9 CBMZ + MOSAIC（4 bins + 液相反应） dust_opt=2, seas_opt=2 被禁用
10 CBMZ + MOSAIC（8 bins + 液相反应） 同上
11 RADM2 + MADE/SORGAM（含液相反应） 同上
12 RACM + MADE/SORGAM（含液相反应） 同上
13 5 个示踪物追踪 建议使用 tracer_opt
14 单一示踪物追踪 建议使用 tracer_opt
15 20 个示踪物 + 总体模拟 建议使用 tracer_opt
16 CO₂ 等温室气体示踪物 –
17 CO₂ & CH₄ 温室气体 –
30 CBMZ + MADE/SORGAM（modal） –
31 CBMZ + MOSAIC（4 bins + DMS） –
32 CBMZ + MOSAIC（4 bins + DMS + 液相） –
33 CBMZ + MOSAIC（8 bins + DMS + 液相） –
34 同上 –
35 CBMZ + MADE/SORGAM + 液相反应 –
41 RADM2 + SORGAM（液相反应） 简化液相反应
42 RACM + SORGAM（含 KPP） 简化液相反应
43 NOAA ESRL RACM + MADE/VBS，含 KPP 推荐选择
100 RACM + MADE/VBS + VBS + 异相反应 含 ISORROPIA2.1
101 RADM2 + KPP 简化液相反应
102 RACM-MIM + KPP 使用 Rosenbrock solver
103 RACM + KPP 使用 Rosenbrock solver
104 RACM + PM advection + KPP 使用 Rosenbrock solver
105 RACM + MADE/SORGAM + KPP 针对野火 PM 实现
106 RADM2 + MADE/SORGAM + KPP –
107 RACM + MADE/SORGAM + ESRL 化学表 –
108 ESRL RACM + MADE/VBS + VBS 推荐，含 VBS
109 RACM + MADE/VBS + VBS 推荐，含 CMAQ 反应机制
110 CB4 + KPP –
111 MOZART Chemistry using KPP library Rosenbrock solver，支持更大时间步长
112 MOZART Chemistry + GOCART 气溶胶（MOZCART），使用 KPP Rosenbrock solver，使用 phot_opt=3 or 4
114 T1_MOZART + GOCART 气溶胶，使用 KPP 使用 phot_opt=3 or 4，包含简化的异相化学
120 CBMZ Chemistry using KPP Rosenbrock solver，使用 phot_opt=3 or 4
131 CB05 Chemistry + MADE/SORGAM Rosenbrock solver，支持更大时间步长
132 CB05 Chemistry + MADE（sectional）+ VBS（气溶胶有机变化） Rosenbrock solver，支持更大时间步长
170 CBMZ + MOSAIC 气溶胶（使用 KPP） Rosenbrock solver，支持更大时间步长
195 SAPRC99 Chemistry using KPP Rosenbrock solver
198 SAPRC99 + MOSAIC（4 bins）+ VBS（KPP） Rosenbrock solver，支持更大时间步长
200 NMHC99 – 不可用 未完成机制安装
201 MOZART + MOSAIC（4 bins + VBS），使用 KPP Rosenbrock solver
202 同上，含液相反应 Rosenbrock solver
203 SAPRC99 + MOSAIC（8 bins + VBS + 液相反应） Rosenbrock solver
204 同上，仅不同编号 Rosenbrock solver
300 GOCART 简化气溶胶方案，无臭氧 仅 18 个变量，可选：dmsemis_opt=1, dust_opt=1 or 3, seas_opt=1
301 GOCART + RACM-KPP 仅 18 个变量
303 RADM2 + GOCART 气溶胶 简单气溶胶处理，可选：dmsemis_opt=1, dust_opt=1, seas_opt=1
400 仅火山灰沉降与浓度 简单处理，可选与上相同
401 仅尘埃浓度（10 类粒径 bins） 简单处理
402 火山灰 + SO₂ 浓度（5 类粒径） 简单处理
403 火山灰沉降（4 类粒径） 简单处理
501 CBMZ + CAM-MAM3（10 ash bins + SO₂） 需要 mp_phys=11（Morrison & Gettelman）
502 CBMZ + CAM-MAM7（3 模式气溶胶 + 化学） 同上
503 CBMZ + CAM-MAM3_AQ（7 模式气溶胶 + 液相化学） 同上
504 CBMZ + CAM-MAM7_AQ（3 模式气溶胶 + 液相化学） 同上

CRIMECH 系列（化学机制）

chem_opt 描述 附加说明
600 CRIMECH 化学机制（使用 KPP） –
601 CRIMECH + MOSAIC（8 bins） 使用 KPP
611 CRIMECH + MOSAIC（4 bins + 液相反应） 使用 KPP，包含液相化学

推荐配置建议

模拟目标 推荐 chem_opt 模块说明
空气质量（标准） 2, 7, 8, 43, 108 开发者常用，功能稳定
温室气体追踪 16, 17 CO₂, CH₄ 模拟
示踪物模拟 13~15 建议使用 tracer_opt
高级气溶胶模拟 100, 108, 109 含 VBS 和异相反应，适合研究气-气/气-液反应
简化液相反应 42, 109 适合资源有限的环境
简化快速模拟 300, 303（GOCART）
CAM-MAM 模拟 501 ~ 504（需 mp_phys=11）
  • Rosenbrock solver：多数配置支持更长时间步长，适用于高分辨率或长时间模拟。
  • phot_opt 设置：某些MOZART/CBMZ机制建议搭配 phot_opt=3 或 4。
  • GOCART 模块：变量较少（18个），适合快速测试。
  • CAM-MAM 模块：需要特定微物理方案（mp_phys = 11）。

小提示：

  • 如果你不确定使用哪一个 chem_opt，建议从 2, 7, 8 中选择，并参考社区提供的案例。
  • 记得根据选用的 chem_opt，同时设置其他相关的 namelist 参数（如 aer_opt, bio_emiss_opt, gas_drydep_opt 等）。

其他化学相关的 namelist 选项

这些 namelist 变量控制的是化学模块的输入方式、时间设置、排放层数、光解计算方式等，属于精细化配置内容，对于确保WRF-Chem模拟的科学性和稳定性非常重要。

🔹 input_chem_inname <string>

  • 定义：指定化学初始场数据文件名。
  • 说明：只有在 chem_in_opt = 1 时才会读取该文件。
  • 命名规则：文件名形式为：wrf_chem_input_d<domain>，如 wrf_chem_input_d01

🔹 chem_in_opt

值 意义
0 使用理想化（idealized）剖面初始化化学场（默认）
1 从之前模拟结果中读取化学场初始化。需要提供 input_chem_inname 文件，并通过辅助输入端口 12 读取

📌 如需使用全球模型提供的侧边界条件（lateral BCs），也需设为 1。

🔹 io_style_emissions

值 意义
0 不读取任何排放数据（一般用于测试或理想化模拟）
1 使用两个 12 小时平均的排放输入文件（常见）
2 使用带有具体时间戳的排放输入文件（推荐用于时间分辨率较高的排放数据）

✅ 建议使用 io_style_emissions = 2，可灵活读取每小时排放数据。

🔹 chemdt

  • 定义：化学过程的时间步长（单位：分钟）
  • 默认值：1.5 分钟
  • 说明：建议设置为气象时间步长的一个子倍数，确保物理-化学耦合稳定。

🔹 bioemdt

  • 定义：生物源排放更新时间间隔（单位：分钟）
  • 默认值：30 分钟
  • 说明：控制如异戊二烯、单萜类等生物排放的时间更新频率。

🔹 kemit

  • 定义：排放输入数据中用于排放的垂直层数
  • 取值范围：0 < kemit < e_vert（e_vert 是垂直层数总数）
  • 说明：如 kemit = 8，表示前 8 层用于处理排放。层数应与排放数据文件一致。

🔹 kemit_aircraft

  • 定义：飞机排放的垂直层数
  • 默认值：1
  • 说明：
  • 控制从辅助端口 14 读取的飞行器排放在垂直层上的分布。
  • 如模拟高空排放（如平流层污染），可适当增加。

🔹 photdt

  • 定义：光解计算的更新时间间隔（单位：分钟）
  • 默认值：30 分钟
  • 说明：光解反应速率计算较复杂，建议不要设置太小。

🔹 phot_opt

值 光解方案 特点
0 无光解反应 禁用所有光化学反应（不常用）
1 Madronich photolysis (photmad) 使用 bulk PM2.5 估算气溶胶对紫外光的影响
2 Fast-J photolysis 快速、近似方案，计算效率高，适用于大区域模拟
3 Madronich F-TUV photolysis 更精确，适用于配合 MOSAIC 气溶胶模块
4 TUV（全光谱）光解 最完整的光解方案，气溶胶交互使用 Mie 散射计算，计算最精确但耗时最大

💡 建议根据所选的化学机制或 chem_opt 推荐值来选择 phot_opt，例如：

  • 若使用 chem_opt = 111（MOZART），建议 phot_opt = 3 or 4

🔹emiss_opt — 控制人为（人为源）排放选项

该参数用于选择 人为排放（anthropogenic emissions） 的来源和处理方式。

值 描述 说明
0 无人为排放 仅用于测试或理想化模拟
2 使用 RADM2 排放方案 适用于较简单的化学机制
3 使用 RADM2 + MADE/SORGAM 排放方案 推荐用于 NEI (v03.F) 数据
4 使用 CBMZ/MOSAIC 排放方案 适用于 CBMZ 化学机制与 MOSAIC 气溶胶模型
5 使用 GOCART-RACM_KPP 排放（推荐） 与 RETRO/EDGAR 数据结合效果好
6 使用 GOCART 简化排放 适用于快速模拟或测试
7 使用 MOZART 排放 与 MOZART 化学机制搭配
8 MOZCART：MOZART + GOCART 气溶胶排放 适用于 MOZART 机制的完整气溶胶模拟
9 RADM2 气体排放转化为 CBMZ，并使用 MAM 3-mode 气溶胶映射 多机制兼容性强
10 MOZART（气体 + 气溶胶）排放 –
11 MOZCART_T1 排放 –
13 SAPRC99 排放方案 与 SAPRC 化学机制搭配
14 CB05 排放，基于 CBMZ 物种映射，用于 emiss_inpt_opt=102 –
15 CB05 排放，基于 CB05 物种映射，用于 emiss_inpt_opt=101 –
16 CO₂ 温室气体追踪排放（tracer） 温室气体研究
17 温室气体追踪排放（非 CO₂） CH₄、N₂O 等
19 CRIMECH 排放方案 –
20 CRIMECH + 气溶胶排放 包含附加气溶胶物种

🔹emiss_opt_vol — 火山排放设置

值 描述
0 不包含火山排放
1 包含 10 类粒径的火山灰排放
2 包含 SO₂ 和火山灰的排放（10 类粒径）

🔍 适合模拟火山爆发对空气质量的影响。

🔹aircraft_emiss_opt — 飞机排放

值 描述
0 不包括飞机排放
1 包括飞机排放（通过辅助输入端口 14）

🔹gas_drydep_opt — 气体干沉降控制

值 描述
0 不考虑气体的干沉降
1 考虑气体物种的干沉降

🔹aer_drydep_opt — 气溶胶干沉降控制

值 描述
0 不考虑气溶胶干沉降
1 考虑气溶胶干沉降

🔹depo_fact — 干沉降速率因子

  • 默认值：0.25
  • 作用：当使用 VBS（挥发性基准集）有机气溶胶模型时，控制有机可凝气体的干沉降速率与硝酸（HNO₃）的沉降速率的比值。
  • 建议：通常使用默认值即可。

🔹bio_emiss_opt — 生物源排放设置

值 描述 说明
0 无生物排放 理想化或控制实验可用
1 使用 Gunther 方法在线计算生物排放 依赖天气变量，适合动态模拟
2 使用 wrfinput 文件中的参考场，并根据天气在线调整 推荐使用
3 使用 MEGAN 模型 计算生物排放（基于天气、土地覆盖等） 模拟精度高，需设置 ne_area
4 使用 MEGAN v2.1，需 ne_area，仅与 CLM 模型配合使用 最先进，适用于高分辨率气候模拟
16 使用 VPRM 模型提供的 CO₂ 生物质排放 需通过辅助输入端口 15 提供外部文件
17 使用 VPRM 输入 + Kaplan 湿地清单（CH₄） 同上，chem_opt=17 时使用

🔁 注意：bio_emiss_opt=3/4 需要额外设置 ne_area 变量（单位为 m²），设置方式在 namelist.input 中定义。

🔹ne_area MEGAN 生物源排放相关参数

值示例 说明
41 在使用 MEGAN 生物源排放 时，用于设置每种化学物种的最小总排放区域（单位：m²）
建议值 设置为大于所有化学物种数量的值，推荐 > 100
注意 必须设置，当使用 bio_emiss_opt = 3 或 4 时生效

🔹emiss_inpt_opt：排放输入数据的物种映射方式

值 描述
0 不读取任何排放数据
1 针对 RADM2/SORGAM 的物种映射（推荐用于 NEI-05/EDGAR/RETRO 数据）
3 用于 GOCART_SIMPLE 与 NEI-05 数据（不推荐使用）
16 与 chem_opt=16 或 17 配合，仅用于被动示踪物排放（温室气体）
101 RADM2 排放 → CBMZ/MOSAIC 映射（两次出现，说明向量化或兼容多个模块）
102 RADM2 排放 → RADM2/SORGAM 映射（含异戊二烯）
103 Carbon Bond 4（CB4）排放 → RADM2 数据（标准 CB4 映射）
104 CB4 排放 → RADM2，包含生成 SOA 物种，适用于 CAM5（MAM 3-mode）
111 RADM2 排放 → MOZART 框架
121 CRIMECH + 气溶胶 排放

🔹biomass_burn_opt：生物质燃烧排放控制

值 描述
0 不包含生物质燃烧排放
1 包含生物质燃烧排放并计算烟羽抬升
2 针对 MOZCART 的生物质燃烧排放
3 针对 MOZART
4 针对 MOZART_T1
5 针对 chem_opt=17，用于 GHG 追踪（CO₂、CO、CH₄）

🔹 plumerisefire_frq

  • 定义：调用烟羽抬升模块的时间间隔（单位：秒）
  • 默认值：180 秒
  • 适用范围：需搭配生物质燃烧排放选项 biomass_burn_opt > 0

🔹dust_opt：沙尘排放控制

值 描述
0 不包含任何 GOCART 沙尘排放
1 包含 GOCART 沙尘排放（需设置土壤侵蚀图）
2 不可用（因模式错误）
3 GOCART 沙尘排放 + AFWA 修改版
4 GOCART 沙尘排放 + UOC 修改版（需设置 dust_schme）

🔹dust_schme：沙尘排放方案选择（依赖 dust_opt=4）

值 描述
1 Shao 2001 方案
2 Shao 2004 方案
3 Shao 2011 方案

🔹dustwd_onoff：沙尘湿沉降开关

值 描述
0 关闭沙尘湿沉降（默认）
1 开启 Shao 2004 沙尘湿沉降，需要 dust_opt=4

🔹seas_opt：海盐排放设置

值 描述
0 不使用海盐排放
1 包含 GOCART 海盐排放
2 已禁用（存在错误）

🔹dmsemis_opt：DMS 排放设置

值 描述
0 不包含 DMS（硫化二甲基）海洋排放
1 包含来自海洋表面的 DMS 排放。当前仅支持 GOCART 模式

气溶胶光学属性与输出

🔹aer_op_opt：气溶胶光学属性计算方式

值 描述
1 基于体积近似
2 基于 Maxwell 近似
3 基于精确体积近似
4 基于精确 Maxwell 近似
5 基于精确壳层模型（shell approximation）

🔹opt_pars_out

值 描述
0 不输出光学属性
1 将光学属性写入输出文件

边界与初始条件配置（气体）

🔹gas_bc_opt：边界条件配置

值 描述
1 使用默认边界配置文件
16 设置 CO₂, CO, CH₄ 追踪边界值（需 have_bcs_chem = .true.）
101 使用 Houston TX 区域优化边界配置文件

🔹gas_ic_opt：初始条件配置

值 描述
1 使用默认初始条件
16 设置 CO₂, CH₄, CO 初始浓度为常量
101 为 Houston TX 区域调整的初始条件

总结表格如下：

变量名 功能 默认值/建议值
input_chem_inname 化学输入文件名 wrf_chem_input_d01 等
chem_in_opt 是否使用化学初始场 0（理想化）或 1（从文件读取）
io_style_emissions 排放数据读取方式 2（推荐）
chemdt 化学时间步长（分钟） 1.5
bioemdt 生物源更新时间步长（分钟） 30
kemit 排放层数 视排放数据而定，一般为 8
kemit_aircraft 飞机排放层数 1
photdt 光解更新间隔 30
phot_opt 光解方案选择 1 ~ 4，根据 chem_opt 决定
emiss_opt 人为排放机制类型 3, 4, 5, 8（根据 chem_opt 选择）
emiss_opt_vol 火山排放控制 1 或 2
aircraft_emiss_opt 飞机排放控制 1（需数据）
gas_drydep_opt 气体干沉降 1（推荐）
aer_drydep_opt 气溶胶干沉降 1（推荐）
depo_fact 干沉降因子 0.25（默认）
bio_emiss_opt 生物源排放机制 2, 3, 4（推荐，根据精度和数据而定）

参考

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