CESM(Community Earth System Model)是由美国国家大气中心(National Center For Atmospheric Research,NCAR)于1996研发的地球系统模式,是目前最先进、使用最广泛的地球系统模式之一。CESM利用耦合器协同大气、海洋、陆面、海冰等分量模式进行气候模拟。
CESM由大气模式(CAM)、海洋模式(POP)、陆面模式(CLM)、海冰模式(CICE)和陆冰模式(CISM)5个分量模式以及控制各分量交互的耦合器(CPL)组成,每个分量模式由动力模式和数据模式等多种选择,可以进行多种组合满足不同的研究目的,并且各分量模式及耦合器均为并行模型,它们同时支持分布式内存和共享内存两种并行机制,可以非常灵活的使用各种计算资源。
模型先后经历了CESM1.x.x,CESM2.x.x 多个版本的迭代, 经过多年的发展和沉淀,直到最近的CESM2.2.0版本。分量模式也增加了河流模式(RTM),形成现在“六位一体”的格局,模型水平结构和垂直结构也变得越来越复杂详尽。
整个模式的代码由FORTRAN编程语言所写。随着版本的更新和发展,为了更好地管理和调度各个模块,其模型中也添加了部分Python, Perl等语言脚本,但这些脚本旨在管理模型,并不参与模型结构本身。整个模型代码总量预计在5万行以上。
由于模型结构较为复杂,且以代码构成,没有可视化界面。 模型需要在Linux系统环境中运行,新手入门需花些时间成本。首先要对Linux的 “命令行” 交互模式进行适应。 模型的成功安装依赖于其所在的系统环境,因此需要对其进行配置和搭建。 现以Linux的Ubuntu 18.04版本为例,对CESM2.X 所需的模型环境进行配置; + p3 s5 ]8 i4 C
9 T% {( w; u; J0 Q: X
所需软件及依赖包 2 G; E, t7 @* i) {) @, A3 P1 `
9 t; d2 N: C0 R* q+ S. @主要包括C、FORTRAN等编译器,mpi并行计算库,netcdf文件的并行读取库、make安装工具等等,列表如下: gcc gfortran make m4 libtool libxml2-utils python libxml-libxml-perl libcurl4-openssl-dev liblapack-dev libblas-dev mpich libmpich-dev sudo cmake git zlib HDF5 Pnetcdf netcdf netcdf-fortran 如果你具有系统的管理员权限,可利用Ubuntu的apt包管理工具实现一键安装,十分方便; 对于有些包,apt管理工具中可能没有或找不到,那就只能选择源码自行编译安装。本例以apt安装基础包,源码自行编译安装非基础包对两种安装方式都进行讲解,代码如下:
, s' f$ a' B1 V: K+ N. Z01 安装基础包 02 安装zlib
7 _6 [4 c9 a4 n5 K9 q) e
[Shell] 纯文本查看 复制代码 ZDIR=/usr/local/zlib #定义环境变量
cd /usr/local/src/zlib-1.2.11
./configure --prefix=${ZDIR}
make
make check
make install
rm -rf /usr/local/src/zlib-1.2.11
; ?0 ?9 q: [, X5 `, Y5 k
03 安装HDF5 - k% a* ~( T/ J' I1 U
[Shell] 纯文本查看 复制代码 H5DIR=/usr/local/hdf5
cd /usr/local/src/hdf5-1.10.4
CC=mpicc CFLAGS=-w ./configure --prefix=${H5DIR} --with-zlib=${ZDIR} --enable-parallel --enable-hl
make
make check
make install
rm -rf /usr/local/src/hdf5-1.10.4 : \: ^ _, y7 I! C5 a' w4 Y
( ]0 ^# L6 A- m5 m+ E# @8 ^* d7 k
0 D! K- G2 H/ c% X- j
& m7 w% b. Q2 {) ], H/ k/ O5 ]
% ?, V5 N, R$ I) @5 h9 Y04 安装pnetcdf 05 安装netcdf [Shell] 纯文本查看 复制代码 NFDIR=/usr/local/netcdff4
cd /usr/local/src/netcdf-fortran-4.4.5
CPPFLAGS=-I${NCDIR}/include LDFLAGS=-L${NCDIR}/lib ./configure --prefix=${NFDIR}
make
make check
make install
rm -rf /usr/local/src/netcdf-fortran-4.4.5
2 R5 R7 n) I% w
07 建立动态链接库
; i% d& o5 {8 F- A9 R) A
" j( t# ~1 E4 B7 D! G
C- o0 x' t+ j( U; x0 W0 R
[Shell] 纯文本查看 复制代码 echo ${NCDIR}/lib > /etc/ld.so.conf.d/netcdf.conf
echo ${NFDIR}/lib >> /etc/ld.so.conf.d/netcdf.conf
echo ${ZDIR}/lib >> /etc/ld.so.conf.d/netcdf.conf
echo ${H5DIR}/lib >> /etc/ld.so.conf.d/netcdf.conf
echo ${PNDIR}/lib >> /etc/ld.so.conf.d/netcdf.conf
ldconfig
[/size][/font][p=null, 2, center][font=新宋体][size=3] 结语
" u( W/ V: { i: j/ V% D- i% j7 i! S+ y
如此,CESM2.X以上版本的环境就搭建好了。当然,每台机器的基本配置有所差异,如CPU不同,安装Linux发行版不同,此过程中可能会出现由于小问题。当然,如果这些问题都顺利通过,那基本上CESM模型的环境就搭建好了。搭建好之后,就可以进行CESM模型的下载及安装了!
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