地球系统模式（CESM）实践技术应用-编程知识

地球系统模式（CESM）实践技术应用

目前通用地球系统模式（Community Earth System Model，CESM）在研究地球的过去、现在和未来的气候状况中具有越来越普遍的应用。CESM由美国NCAR于2010年07月推出以来，一直受到气候学界的密切关注。近年升级的CESM2.0在大气、陆地、海洋、海冰、陆冰、径流等几大模块以及一个中央耦合器（CIME）中都有较大更新，可以在不同的硬件平台上移植使用，尤其可以用于CMIP6的研究。

CESM2.0中CIME (Common Infrastructure for Modeling the Earth)为模式配置、编译和运行提供个例控制器。CAM大气模块加入CLUBB (Cloud Layers Unified by Binormals)计算边界层湍流活动、浅对流、云微物理，CLUBB是一个诊断湿湍流方案，它能计算联合高阶次网格垂直速度，水含量、液态水和位温，也可以计算次网格垂直通量；引入提高的二阶诊断云微物理方案（MG2），可以诊断计算降水包括雨、雪和凝结云。CAM化学模块（CAM6-chem）包括对流化学方案MOZART-T1；计算二次有机气溶胶(SOA)的VBS（volatility basis set）方案中耦合了对流化学方案，并一直在持续改进，到目前的CESM2.2.0中，实现了区域加密的MUSICA-V0，并增加了能直接配置运行MOZART-TS2 化学模块以及进行nudging等的compset（配置）。WACCM6与CAM6所有的物理参数化方案都相符，并且在中层和上层大气中增加了显著的新功能。为了从火山和非火山源气体中提供平流层气溶胶的代表，WACCM6延展了Modal Aerosol Module (MAM4)功能。CLM5.0版本主要改进了土壤和植被水文过程、积雪融雪动力过程、碳氮循环和耦合模拟以及植被模拟等主要动力过程，另外，模式引进了MOSART径流模型替换了 RTM，同时引进FATES生态演替模型以改进经典的动态植被模型(DGVM)。地下层数由CLM4.5中的15层增加到了CLM5中的25层，考虑了土壤厚度的空间变量。它从0.4到8.5m之间变化。此外，在海冰、陆冰等模块中都有较大的更新。新的CLM强迫资料为全球土壤湿度计划的第三阶段(GSPW3)开发。它也是仅限于陆面模拟的LS3MIP和LUMIP默认的资料。
该模式使用需要有极强的理论知识和计算机能力，许多使用者遇到了许多困难。针对这些问题，我院特组织CESM课程，帮助同学们快速解决CESM使用中的问题，提高科研产出速度。

靳老师 18031211455

运行前的准备

CESM 运行的系统和软件环境
CESM需要什么运行环境
CESM2.0运行环境的搭建

Linux系统及编译基础

CESM 运行需要掌握的Linux及编译知识
Linux的基础知识及操作
Linux编译的基础及操作示例
基于Make 和CMake的编译体系

CESM基础

CESM 的基本结构
CESM的几大功能模块
CESM2.0的基础知识

CESM程序获取、结构及其功能

获取CESM程序代码，CESM文件夹结构及各自功能
获取最新或特定版本的 CESM 代码
讲解 CESM文件夹结构作用

CESM 移植、安装及快速运行

CESM 运行环境的准备，编译、安装及运行
检查并完善CESM 运行所需环境及软件
针对特定服务器环境的 CESM Machine File 修改
创建一个简单的 case，并编译运行这个 case

CESM 配置选项及数据文件制备

CESM 运行的配置文件详解，运行所需数据文件制备
创建 CESM case时各选项及其意义
运行配置文件namelist 的详解，常用选项选择及其意义
运行 CESM 所需数据文件结构及数据文件制备方法及程序
根据研究内容熟练创建 CESM case 并运行 CESM

CESM单模块运行——以CLM为例

熟练掌握 CESM 单模块运行的 case 创建、文件准备及运行-以CLM为例
创建CLM单点或区域模式的方法
单点及区域运行所需文件的制备
单点及区域模式的运行

CESM 的部分耦合运行——CAM-chem + CLM

熟练掌握 CESM 部分模块耦合运行的 case 创建、文件准备及运行
部分耦合的原则
CAM+CLM 实例的创建及运行
CAM的拓展——CAM-chem、WACCM

CESM 的全耦合运行

熟练掌握 CESM 全耦合运行的 case 创建、文件准备及运行
全耦合运行的注意事项
全耦合实例的创建及运行

CESM结果处理、分析及可视化-以CLM为例

熟练掌握 CESM输出结果文件结构、变量意义、变量选择以及结果分析-以CLM为例
创建单点或区域模式的方法
单点及区域运行所需文件的制备
单点及区域模式的运行

CESM 代码修改、发展及改进

了解 CESM代码的结构、主要模块的组成、Fortran程序的修改
了解 CESM 主要的代码结构
了解 CESM 几大模块的组成及相应的程序位置
根据需要修改代码，编译运行

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