Instalação WRF

Instalação WRF

(Parte 2 de 3)

# nano configure.wps

(…) COMPRESSION_LIBS=-L/usr/local/lib -ljasper –lpng –lz

Os erros mais comuns que ocorrem nesta operação estão associados à versão incorreta das bibliotecas do GRIB2. Normalmente, o ungrib.exe não é criado após a compilação. Uma dica, para verificar se os erros de compilação estão associados às bibliotecas do GRIB2, é realizar a compilação com as opções NO GRIB2 (p.ex.: opção 13, Fig. 5). Outra dica, é a utilização do comando ldd para determinar quais são as bibliotecas necessárias de um executável. (p.ex.: ldd ungrib.exe). O comando ldd – List Dynamic

Dependencies – fornece uma lista das dependências dinâmicas de que um determinado programa precisa para o seu correto funcionamento. Normalmente, ele retorna o nome de uma ou mais bibliotecas compartilhadas e suas localizações esperadas. Caso elas estejam ausentes, elas podem ser transferidas para o local esperado (p.ex.: /usr/lib).

3.4.3 Instalação do subsistema ARWpost

# tar –vzxf ARWpost.tar.gz # cd ARWpost

# export NETCDF=/usr/local/netcdf

# export WRFIO_NCD_LARGE_FILE_SUPPORT=1

# ./configure ! (escolher a opção dentre as oferecidas, Fig. 6)

# ./compile >& compile.log

# cd

No último subsistema, após a sua configuração e compilação, o arquivo ARWpost.exe deve ter sido criado. Caso isto não ocorra, procurar erros dentro do arquivo compile.log, corrigi-los e repetir a seqüência de comandos deste tópico. Antes de recompilar, execute o script clean (./clean-a). A Figura 6 mostra as opções escolhidas para a instalação do modelo nos servidores do ICEA e a Figura 7, o arquivo criado no diretório WRFV3.

Figura 6 – Figura ilustrativa do terminal mostrando as opções escolhidas para a compilação do ARWpost. Os retângulos vermelhos mostram as opções selecionadas.

Figura 7 – Figura ilustrativa do terminal mostrando a pasta /home/webpca/WRF/ARWpost. O retângulo vermelho mostra o executável criado após a compilação do ARWpost.

3.5 Dados geográficos e de terreno:

Os dados geográficos e de terreno são descompactados no diretório data, criado dentro de /home/webpca/WRF. Esses dados são obtidos dentro de um único arquivo

(geog.tar.gz) que, após descompactado, cria um novo diretório (geog) com aproximadamente 11GB.

# mkdir /home/webpca/WRF/data # cd /home/webpca/WRF/data

# tar –zxvf geog.tar.gz

Obs.: Mais adiante, na execução do WPS, será editado o arquivo namelist.wps (variável geog_data_path) para indicar o caminho dos dados geográficos.

O conjunto de dados da superfície terrestre pertencente ao arquivo geog.tar.gz (dados estáticos) foram obtidos através de mapeamento por satélite. Parte desse arquivo contém categorias compatíveis com as da United States Geological Survey (USGS) que estão descritos nos arquivos VEGPARM.TBL e SOILPARM.TBL, localizados no diretório run do WRF. As resoluções dos dados são variadas (1º, 10’, 5’, 2’ e 30’’) e contêm as seguintes informações: albedo da superfície mensal (albedo_ncep); fração da vegetação mensal (greenfrac), índice de inclinação (slope index); categoria de uso da terra

(landuse); albedo máximo da neve (maxsnowalb); dados de superfície (modis_landuse_20class_30s; apenas para usuários de modelagem de superfície da Noah LSM); dados para os esquemas de ondas de gravidade (orogwd); media anual de temperatura do solo de acordo com a profundidade (soiltemp); tipo de solo da camada inferior (soiltype bot); tipo de solo da camada superior (soiltype top); altura da topografia (topo).

3.6 Instalação do pacote gráfico GrADS

O Grid Analysis and Display System (GrADS) é uma das ferramentas gráficas mais difundidas e utilizadas no mundo para facilitar o acesso, manipulação e visualização de dados das principais variáveis atmosféricas e terrestres. O GrADS é distribuído gratuitamente na internet e suporta muitos formatos de arquivo de dados, incluindo o GRIB (versão 2), utilizado como condições iniciais e de contorno no modelo instalado no ICEA.

Primeiramente, o código fonte da versão 2.0 do GrADS é copiado e descompactado em

/usr/local. Os códigos fontes pré-compilados estão disponibilizados no sítio do GrADS8 .

Os arquivos executáveis (gradsc, gradsnc, gribmap, etc) são copiados para o diretório /usr/local/bin. O próximo passo é criar o diretório grads em /usr/local/lib e copiar os arquivos das bibliotecas do GrADS, referentes aos arquivos de mapas e fontes.

# cp –f /home/webpca/WRF/install/grads-2.02-linuxRHE3.tar /usr/local # tar –vzxf grads-2.02-linuxRHE3.tar.gz

# cp –f * /usr/local/bin

# mkdir /usr/local/lib/grads

A variável ambiental GASCRP é criada para indicar ao sistema operacional e demais aplicativos a localização da lista de diretórios contento scripts do GrADs e do usuário.

Para tal, a variável é acrescentada no final do arquivo .bashrc, localizado no diretório /home/<usuário>. Esse arquivo pode ser visualizado ao digitar no terminal do Linux o comando ls –a.

# cd /home/<usuário> # nano .bashrc (...) export GASCRP=/usr/local/lib/grads

Após a edição, salve e atualize o arquivo:

# source .bashrc

Obs: 1) Em algumas distribuições Linux pode ser necessário criar um link simbólico com o arquivo libtermcap.so, localizada dentro do diretório /usr/lib (Prestrelo, 2011):

# ln –s /usr/lib/libtermcap.so /usr/lib/libtermcap.so.2

2) Outros arquivos do GrADS, disponibilizados no sítio do GrADS e/ou criados por seus usuários, também podem ser copiados para o diretório /usr/local/lib/grads.

8 http://grads.iges.org/grads/downloads.html

4 CONFIGURAÇÕES DO WRF

O ICEA utiliza o modelo WRF, não-hidrostático, com aninhamento two-way. Atualmente, gera operacionalmente previsões das condições do tempo por um período de 48 horas, sendo inicializado 4 vezes ao dia (00Z, 06Z, 12Z e 18Z). As suas saídas fornecem informações em intervalos de 3 horas. Os prognósticos são gerados para quatro domínios diferentes, cada qual com uma grade aninhada. Assim, para a mesma região de interesse existem duas grades, entretanto com resoluções distintas. As resoluções espaciais são de 18 km, para o domínio principal (D1), de 6 km, para o domínio aninhado (D2). Os domínios denominados de NORTE, NORDESTE, SUDESTE e ALCÂNTARA estão centrados na latitude e longitude de 5ºS e 60ºW (Fig. 8a e b), 8ºS e 39ºW (Fig. 8c e d), 25,01º S e 49,17º W (Fig. 8e e f), 02, 40S e 4, 40W (Fig. 8g e h), respectivamente. A escolha dos domínios está associada ao projeto do Comando da Aeronáutica cujo objetivo é de pesquisa e desenvolvimento da modelagem numérica para fins aeronáuticos e aeroespaciais, tais como, disponibilizar prognósticos das condições do tempo em alta resolução para as Regiões de Informação de Vôo (FIRs) e para os dois Centros de Lançamentos do Brasil: Centro de Lançamento de Alcântara (CLA) e Centro de Lançamento da Barreira do Inferno (CLBI).

(a)(b)

Figura 8 – Domínio das grades NORTE com resolução de 18 km (a) e 6 km (b); NORDESTE com resolução de 18 km (c) e 6 km (d); SUDESTE com resolução de 18 km (e) e 6 km (f); ALCANTARA com resolução de 18 km (g) e 6 km (h). (Continua)

(e)(f)
(g)(h)

Figura 8 – Domínio das grades NORTE com resolução de 18 km (a) e 6 km (b); NORDESTE com resolução de 18 km (c) e 6 km (d); SUDESTE com resolução de 18 km (e) e 6 km (f); ALCANTARA com resolução de 18 km (g) e 6 km (h). (conclusão)

A seguir, é apresentada uma síntese das configurações para cada domínio (Tab. 1). Tabela 1 – Configurações do modelo WRF.

DOMÍNIO Resolução horizontal (km)

Nº de pontos zonal x meridional

Extensão do domínio (em graus)

A resolução vertical utilizada é de 28 níveis, com pressão no topo da atmosfera de 50 hPa. As parametrizações físicas empregadas no modelo são: WSM3 (HONG, DUDHIA; CHEN, 2004) para microfísica (convecção explicíta); RRTM (MLAWER ET AL., 1997) para radiação de onda longa; Dudhia (DUDHIA, 1989) para radiação de onda curta; MM5 similaridade (PAULSON; DYER; HICKS; WEBB, 1970) para camada superfície; Noah-LSM (CHEN; DUBHIA, 2001) para processos de superfície; Yonsei University Scheme (HONG; NOH; DUDHIA, 2006); e Kain-Fritsch (KAIN; FRITSCH,

1990; 1993) convecção rasa e profunda. A escolha das parametrizações físicas segue os valores default da instalação do modelo (Tab. 2).

Tabela 2 – Parametrizações adotadas para as simulações.

microfísica (convecção explicita) WSM3(Hong; Dudhia; Chen, 2004)
radiação onda longa RRTM(Malawer et al., 1997)
radiação de onda curta Dudhia(Dudhia, 1989)

parâmetro ou processo físico valor ou parametrização

processos de superfície Noah-LSM(Chen e Dudhia, 2001)

camada superfície MM5 similaridade (Paulson et al., 1970) camada limite planetária Yonsei University (Hong; Noh; Dudhia, 2006) convecção rasa e profunda Kain-Fritsch (Kain; Fritsch, 1990; 1993)

O passo temporal utilizado para D1 (D2) é de 108s (36s). Para o WRF recomenda-se realizar as integrações com passo de tempo equivalente até seis vezes o valor do espaçamento de grade (∆x, em km, ARW V3 Modeling System Users Guide, 2011). As condições iniciais e de contorno provêm das análises do modelo global Global Forecast

System (GFS) do NCEP9 no formato GRIB2, com resolução horizontal de 0,5°; resolução temporal de 6h; e 64 níveis na vertical. O conjunto de dados de tipo de solo e uso do terreno utilizado foi obtido da USGS, dividido em 24 categorias (USGS 24- category data). A Tabela 3 mostra características adicionais do WRF:

Tabela 3 – Característica do modelo WRF.

Equações Básicas Totalmente compressíveis

Coordenadas verticais Terrain following para a altura e pressão. Estrutura horizontal da grade Arakawa-C Método de integração 3ª ordem Runge-Kutta

Equações Conservação da massa, momentum e escalares usando equações prognosticas na forma de fluxo

Advecção Diferenças centradas de 6ª ordem ou 5ª ordem

“upwind”. Fonte: SKAMAROCK et al, 2008

9 http://nomads.ncep.noaa.gov/pub/data/nccf/com/gfs/prod

5 EXECUTANDO O WRF

Para realizar as alterações descritas no tópico anterior, é necessário configurar alguns parâmetros dentro de três arquivos de texto (namelist): namelist.wps (préprocessamento), namelist.input (processamento) e namelist.ARWpost (pós- processamento). Um arquivo namelist, codificado em linguagem de programação FORTRAN, contém um conjunto de variáveis para ser lidas durante a execução do programa. O uso do namelist permite alterar a configuração do programa sem a necessidade de recompilar o código fonte. Como exemplo, serão mostrados os parâmetros dos namelist alterados da grade SUDESTE (Apêndice A). As alterações das outras grades, NORDESTE, NORTE e ALCÂNTARA, podem ser visualizados nos Apêndices B, C, D, respectivamente. Os parâmetros dos arquivos originais, que não forem modificados, serão representados somente por três pontos entre parênteses (...).

As alterações dos parâmetros associados ao ano, mês, dia, hora, minuto e segundo do período inicial e final das simulações ocorrerão por meio de um script em SHELL e serão representados pelas palavras Y, M, D, h, m e s, respectivamente. Todos horários estão em Coordinated Universal Time (UTC). O script em SHELL será executado automaticamente por meio do programa CRON. Este programa tem a função de programar a execução de comandos e processos automaticamente nas datas e horários pré-determinados. Neste tópico, são também mostrados os comandos utilizados para executar os subsistemas do WRF (WPS, WRF e WRFpost).

5.1 Execução do WPS

Dentro do diretório WPS, serão editados as variáveis do arquivo namelist.wps. Este arquivo é composto por quatro partes: share, geogrid, ungrid e metgrid. No share, são descritas as variáveis utilizadas por mais que um subsistema do WPS. No geogrid, ungrid e metgrid são especificadas as variáveis para o programa geogrid, ungrib, metgrid. Essas variáveis definem o tamanho e localização de todos os domínios do modelo e dos dados geográficos.

Para armazenar os dados de condições iniciais e de contorno, é criado o diretório GFS2 dentro de /home/webpca/WRF/data. Os arquivos GFS têm aproximadamente 5 MB e o seguinte formato: gfs.tHz.pgrb2fH, onde a primeira informação horária (H) indica o inicio da simulação e o segundo, o período da previsão. Por exemplo, gfs.18Zpgrb2f12, é um arquivo GFS das 12 horas de previsão com hora inicial da simulação às 18Z.

5.1.1 Execução do GEOGRID

Para o GEOGRID, são editadas duas partes do arquivo namelist.wps: share e geogrid. Nesta etapa, é definido o domínio do modelo e interpolado os dados terrestres para as grades do modelo.

# cd /home/webpca/WRF/WPS # nano namelist.wps

Somente as variáveis mostradas abaixo foram editadas:

&share (...) max_dom: 2 # número máximo de domínios (...) &geogrid

i_parent_start= 1, 45, # localização inicial da grade aninhada (eixo x)
j_parent_start = 1, 35,# localização inicial da grade aninhada (eixo y)
e_we= 180, 295, # número de pontos de grade zonais (grade mãe, aninhada)
e_sn= 150, 253, # número de pontos meridionais (grade mãe, aninhada)
geog_data_res = '5m', '2m',# resolução dos dados de terreno (grade mãe, aninhada)
dx= 18000, # resolução horizontal no eixo x (grade mãe, em metros)
dy= 6000, # resolução horizontal no eixo y (grade mãe, em metros)
map_proj= 'mercator',
ref_lat= -25.01, # latitude do ponto central (grade-mãe)
ref_lon= -49.17, # longitude do ponto central (grade-mãe)

(...) (...) (...) (…) stand_lon = -49.17, # longitude padrão paralela ao eixo x da projeção mercator

geog_data_path = '/home/webpca/WRF/data/geog',# localização dos dados

25 geográficos (…)

Obs: Não é necessário informar a resolução da grade aninhada (dx=dy=12000 m), porque ela segue a razão da grade de 1/3 (default), declarada na variável parent_grid_ratio.

Antes de executar este subsistema, certifique-se que o arquivo GEOGRID.TBL esteja ligado corretamente a sua respectiva versão. Há vários arquivos desse tipo que suportam diferentes núcleos dinâmicos do WRF. GEOGRID.TBL.ARW deve ser utilizado para o núcleo ARW.

# ls –l geogrid/GEOGRID.TBL GEOGRID.TBL -> GEOGRID.TBL.ARW

Agora, executa-se o geogrid.exe. Se a operação for realizada sem falhas, é mostrada na última linha uma mensagem que informará o êxito da operação na última linha do arquivo log:

# ./geogrid.exe>& geogrid.log “*** Successful completion of program geogrid.exe ***”

Execute o comando ls –ltr geo*.nc. O resultado esperado é: geo_em_d01.nc e geo_em.d02.nc. Estes são os arquivos da grade criada (um arquivo para cada domínio), após a execução do geogrid.exe. Se não forem feitas alterações na grade, o uso do geogrid.exe não será mais necessário.

5.1.2 Execução do UNGRIB

Após a criação das grades e interpolado os dados de terreno com o geogrid.exe, executase o UNGRIB. O UNGRIB extrai os campos meteorológicos do formato GRIB2 necessários para inicializar o modelo. Para examinar se os arquivos GRIB podem ser lidos, utilize o g2print.exe (caso os arquivos estejam no formato GRIB 1, utiliza-se o g1print.exe):

# ./util/g2print.exe /home/webpca/WRF/data/GFS2/YMDH/< arquivo GFS >

Para o UNGRIB, somente o share e ungrib necessitam estar editados no namelist.wps:

prefix = GFS2,# prefixo para os arquivos intermediários (ex.: GFS2:ANO-MES-

end_date = DATA/HORA, DATA/HORA, # data/hora final simulação das grades mãe e inicial da aninhada (ex.: '2013-01-13_0:0:0', '2013-01-10_0:0:0') interval_seconds = 10800, # frequência dos arquivos de saídas (em s). Modelo configurado para gerar arquivos de saídas a cada 3 h. (…) &ungrib (...) DIA_HORA). Pode incluir um caminho.

O próximo passo é criar os links simbólicos para informar a localização dos arquivos GFS e dos arquivos Vtable. Os arquivos Vtable informam os campos meteorológicos a serem extraídos dos arquivos GRIB2. Alguns Vtables estão localizados no diretório WPS/ungrib/Variable_Tables (p.ex.: Vtable.GFS, Vtable.SST, Vtable.ECMWF).

# ln -s ungrib/Variable_Tables/Vtable.GFS Vtable # ls –l Vtable Vtable -> ungrib/Variable_Tables/Vtable.GFS

Após os links estarem prontos, os seguintes arquivos são visualizados: GRIBFILE.A, GRIBFILE.B, GRIBFILE.C, etc (um para cada arquivo GFS). O script link_grib.csh pode ser usado para ligar esses arquivos aos arquivos GRIB.

# ./link_grib.csh /home/webpca/WRF/data/GFS2/YMDh/gfs* # ls –l GRIBFILE.* GRIBFILE.A->/home/webpca/WRF/data/GFS2/YMDh/<nome.gfs>

Executado o ungrib, se a operação for realizada sem falhas, é mostrada uma mensagem que informará o êxito da operação na última linha do arquivo log.

(Parte 2 de 3)

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